DE2946847A1 - Verfahren und vorrichtung der kernresonanzspektroskopie mit abtastung und aufzeichnung - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung der Kernresonanzspektroskopie mit Abtastung und Aufzeichnung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der (magnetischen) Kernresonanzspektroskopie, die abgekürzt auch mit
NMR bezeichnet wird. Mit dieser Spektroskopie läßt sich die chemische Struktur bzw. Zusammensetzung von Proben analysieren, indem die magnetische Kernresonanz als Anzeige genutzt wird. Bei einer derartigen Vorrichtung bzw. bei einem derartigen Verfahren wird eine Resonanzdomäne vorgebbarer
Größe nach einem bestimmten Querschnitts-Abtastmuster durch die Probe hindurchbewegt. Die Kernresonanzsignale laßt man
an bestimmten Gitterpunkten des Abtastmusters während der
Abtastung auftreten. Die festgestellten Kernresonanzsignale werden in der Weise verarbeitet, daß eine Karte bzw. ein
Bild dieses Querschnitts aufgezeichnet wird, in dem der
jeweilige Abtastort und das festgestellte Signal eingetragen bzw. kenntlich gemacht sind. Das Signal gibt z. B. das
quantitative Vorhandensein einer ausgewählten, vorgegebenen Kernart bzw. chemischen Elementes für den jeweiligen Ort
wieder. Bei entsprechender Anordnung der Vorrichtung lassen sich sagittale und frontale Querschnittsbilder der Abtastung erzeugen.

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Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung einer Vorrichtung und eines Verfahrens der Kernresonanzspektroskopie nach der U.S.-Patentschrift 3 789 832 des Erfinders der vorliegenden Erfindung. Wie in dieser Patentschrift beschrieben, wurde festgestellt, daß Krebszellen eine solche chemische Struktur haben, die von normalen Gewebezellen verschieden ist. Nach der Vorrichtung und dem Verfahren der obengenannten US-PS werden gewisse bestimmte Kernresonanzsignale gemessen, die von der Probe erzeugt werden. Diese Signale werden mit solchen Kernresonanzsignalen verglichen, die man von normalem Gewebe erhalten hat. Unterschiede dieses Vergleiches lassen auf Ort und Ausmaß eines Befalls des Gewebes der Probe mit Krebs schließen.

Die Anwendung der Technologie der Kernresonanzspektroskopie zum Zwecke der Analyse von Materialien, eingeschlossen lebendes Gewebe, ist seit Ausgabe der obengenannten US-PS ein Gebiet lebhafter Aktivität. Siehe z. B. P. Mansfield und A.A. Maudsley, "Medical Imaging by NMR", British Journal of Radiology, Band 50, Seiten 188-194 (1977); Waldo S. Hinshaw, "Image Formation by Nuclear Magnetic Resonance:"The Sensitive-Point Method", Journal of Applied Physics, Band 47, (1976), Nr. 8; Paul C. Lauterbur "Magnetic Resonance Zeugmatography", Pure and Applied Chemistry, Band 40 (1974), Nr. 1-2; U.S.-PS 4 015 196 und U.S.-PS 3 932 805.

Dieservorangehend aufgeführte Stand der Technik enthält Erörterungen verschiedener Methoden zur Analyse von Proben mit Hilfe der Kernresonanzspektroskopie. Alle diese Methoden jedoch haben einen wesentlichen Nachteil, der darin besteht, daß das magnetische Feld zur Erzeugung der Kernresonanzsignale nicht fokussiert werden kann, um die Größe der Resonanzdomäne abhängig von den jeweiligen Wünschen des Benutzers einstellen zu können. Solche Forderungen des Benutzers sind z. B. die makroskopische Abtastung einer

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ORIGINAL INSPECTED

Probe anstelle einer mikroskopischen Abtastung.

Vom Erfinder der vorliegenden Erfindung sind eine Anzahl von Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Kernresonanzspektroskopie mit Feldfokussierung gemacht worden. Hierzu siehe z. B. "Tumor Imaging In A Live Animal By Field Focusing NMR (FONAR)", Physiological Chemistry and Physics, Band 8, (1976), Seiten 61-65; "Field Focusing Nuclear Magnetic Resonance (FONAR), Visualization of a Tumor in a Live Animal", Science, Band 194, (27.12.1976), Seiten 1430-1432; "Nuclear Magnetic Resonance: A Noninvasive Approach to Cancer", Hospital Practice, (JuIi 1977), Seiten 63-70 und "NMR in Cancer: XVI. Fonar Imaga of the Live Human Body", Physiological Chemistry and Physics, Band 9, (1977), Nr. 1, Seite 97. Außerdem ist noch von Susan Renner-Smith in Popular Science, Seiten 76-69, 120 (Dezember 1977) eine Veröffentlichung "Damadian's Super Magnet and How He Hopes To Use It To Detect Cancer" erschienen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Gerät bzw. bei einem Verfahren der (magnetischen) Resonanzspektroskopie zu erreichen, daß die Resonanzdomäne wählbare Größe hat, um eine Spektroskopie-Untersuchung nach dem Abtastprinzip in einem ganzen lebenden Probekörper, wie z. B. einem Menschen, durchzuführen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Bei der Erfindung wird der zum Erhalt des Kernresonanz-Spektroskopiesignals notwendige magnetische Feldraum, in dem

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die chemische Zusammensetzung einer Probe untersucht werden soll, nämlich die Resonanzdomäne, durch Fokussierung auf vorgebbare Größe gebracht und dann diese Resonanzdomäne dem Abtastmuster entsprechend durch die Probe hindurch bewegt.

Die oszillierende magnetische Strahlung bzw. das Hochfrequenzfeld wird auf die Resonanzdomäne ausgerichtet und es werden Kernresonanz-Spektroskopiesignale erzeugt, die charakteristisch für ausgewählte Kernarten bzw. Elemente sind, die sich in dieser Resonanzdomäne befinden. Diese Spektroskopiesignale werden detektiert, verarbeitet und in der Art eines Display als Bild wiedergegeben, womit dem Benutzer diejenige Information geliefert wird, die er für die chemische Analyse der Probe der Resonanzdomäne erhält. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß die Resonanzdomäne auf einem Querschnitt einem Gitter- bzw. Netzmuster entsprechend relativ zur Probe bewegt werden kann, womit man eine Zusammensetzungs-Analyse dieses Querschnitts der Probe erhält. Es steht damit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung, mit dem man eine chemische Analyse des Querschnitts dieser Probe ohne Eingriff vornehmen kann, wobei diese Probe z. B. ein lebendes Lebewesen, z. B. eine Person, ist.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere mit Vorteil in der Krebserkennung verwendbar, obwohl sie keineswegs auf dieses Gebiet beschränkt ist. Die Erfindung ist überall dort vorteilhaft zu verwenden, wo krankes Gewebe sich chemisch von normalem gesundem Gewebe unterscheidet.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform zur chemischen Analyse einer Probe, bei der die Probe ein Mensch ist.

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Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht der feldfokussierenden Spulen wie sie in einer Ausführung nach Fig. 1 benutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht der feldfokussierenden Spulen nach Fig. 2 wie sie auf einem Zylinder angebracht sind.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der menschlichen Brust.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Lage des Querschnitts nach Fig. 4.

Fig. 6 zeigt ein Kernresonanz-Spektroskopiebild wie es mit der Erfindung von einem Querschnitt der Brust nach Fig. 4 zu erhalten ist.

Fig. 7 zeigt ein Kernresonanz-Spektroskopie-Bild wie in Fig. 6, bei dem es sich aber um die Aufnahme einer Brust mit krankhafter linker Lunge handelt.

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform vergleichsweise zur Fig. 1.

Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht der Sendespulen, wie sie in der Ausführungsform nach Fig. 8 gemäß dem Schnitt A-A (Fig. 8) verwendet werden.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Betriebsweise einer Ausführungsform nach Fig. 8.

Fig. 11 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Permanentmagneten.

Fig. 12 zeigt eine Vorderansicht der Ausführungsform nach Fig. 11.

Fig. 13 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 11, wobei der eine der Permanentmagneten weggenommen ist. .

Fig. 14 zeigt eine Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 11, wobei die örtliche Anbringung verschiedener in dieser Ausführungsform verwendeter Spulen zu sehen ist.

Fig.15A zeigt das Kernresonanz-Spektrum, das man von normalem Muskelgewebe erhält und

Fig.15B zeigt ein Kernresonanzspektrum, das man von krebsbefallenem Muskelgewebe erhält.

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-/-Al

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der die chemische Struktur eines Querschnitts einer lebenden Probe zu analysieren ist. Mit 30 ist ein ringförmiger Magnet bezeichnet. Vorzugsweise ist dies ein supraleitender Magnet, aber es kann dies auch ein bei der Umgebungstemperatur zu betreibender Elektromagnet mit Kupferwicklung sein. Der Magnet hat einen Rahmen 31. Er ist zur Erzeugung eines primären statischen Magnetfeldes vorgesehen, mit dem die Kerne der Probe 32 in der wie in Fig. 1 dargestellten Richtung H_ auszurichten sind. Wie Fig. 1 zeigt, kann die Probe 32 ein Mensch sein. Zwei feldfokussierende Spulenpaare 34, 34a und 36, 36a erzeugen ein fokussierendes statishes Magnetfeld. Dies dient zur Einstellung bzw. Justierung der Form des primären statischen Magnetfeldes im Inneren des ringförmigen Magneten 30.

Die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a sind so ausgebildet, wie dies die Figuren 2 und 3 zeigen.Die Spulen sind auf einer planaren Oberfläche gewickelt, wie dies schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Die Dimensionierungen der feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a sind in Fig. 2 angegeben, wobei "a" der innere Radius des ringförmigen Magneten 30 ist. Diese feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a werden dann auf eine Zylinderform 38 aufgebracht. Diese Form kann z. B. aus einem wie in Fig. 3 gezeigten transparenten Material bestehen. Die Form 38 wird dann in das Innere des ringförmigen Magneten 30 eingebracht, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist und wird dort an dem Rahmen 31 mittels der Klammern bzw. Winkel 39 befestigt.

Die Form des primären statischen Magnetfeldes innerhalb des ringförmigen Magneten 30 ist für sich genommen bekannt. Die Amplitude des statischen Magnetfeldes in der H_o~Richtung weist eine Einsattelung auf, und zwar mit einem Wendepunkt am Ursprung des Magneten 30. Die feldfokussierenden Spulen

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34, 34a und 36, 36a sind so ausgewählt, daß bei Gleichstrom in den vier Spulen 34, 34a und 36, 36a in wie in Fig. 2 angegebener Richtung, und zwar aufgrund der Gleichstromquellen 40a, 40b, ein sattelförmiges statisches Magnetfeld in der Richtung H_Q auftritt, das dem sattelförmigen statischen Magnetfeld des Magneten 30 überlagert ist. Die Sattelpunkte der Magnetfelder fallen im Ursprung des Magneten 30 zusammen. Diese überlagerung bildet ein resultierendes statisches Magnetfeld im Innenraum des Magneten 30. Die beiden Stromstärken aus den Quellen 40a und 40b lassen sich derart verändern, daß die Schärfe des Sattelpunktes, gegeben durch die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a einstellbar ist. Der Umgebungsbereich der im Ursprung des Magneten 30 zusammenfallenden Sattelpunkte ist ein Bereich mit relativ gleichmäßiger Feldstärke in Richtung H_. Da die Schärfe der Spitze am Sattelpunkt, erzeugt durch die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a einstellbar ist, ist der Bereich mit im wesentlichen gleichmäßiger Feldstärke ebenfalls einstellbar. Wenn die Spitze verbreitert wird, wird somit der Bereich relativ gleichmäßiger Feldstärke größer und wenn die Spitze dagegen schärfer gemacht wird, wird dieser Bereich kleiner. Dieser Bereich ist die Resonanzdomäne 44 in der die Bedingungen für Kernresonanzspektroskopie für ausgewählte Kerne bzw. Kernarten erfüllt ist, wie dies noch nachfolgend beschrieben wird. Dieser Bereich mit im wesentlichen gleichmäßiger Feldstärke, d. h. die Resonanzdomäne 44, ist als dasjenige Volumen definiert, wo der Gradient der magnetischen Feldstärke kleiner als 3,9 Gauss/cm ist.

In einer Vorrichtung, die auf die Analyse bzw. Untersuchung von Mammagewebe angepaßt ausgebildet ist, beträgt die Feldstärke des statischen Magnetfeldes in Richtung H_n am Ursprung des Magneten 30 angenähert 500 Gauss. Die Arbeitsfrequenz

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beträgt 10 MHz für Protonen und die Gleichstromquellen 40a und 40b liefern beide Ströme mit angenähert 20 Ampere. Die Größe der Resonanzdomäne 44 ist abhängig von der von den Gleichstromquellen 40a und 40b gelieferten Stromstärke. Bei jeweils 20 Ampere der Gleichstromquellen 40a und 40b hat die Resonanzdomäne 4 4 ein Volumen von angenähert 1 mm . Bei diesem Beispiel ist die Resonanzdomäne relativ klein. Mit Abnahme der Gleichstromstärke der Quellen 40a und 40b auf 10 Ampere wächst die Größe des Untersuchungsvolumens auf ungefähr 6 mm an.

Die magnetischen Kernresonanzbedingungen müssen vorliegen, ehe die Signale der Kernresonanzspektroskopie erzeugt werden. Diese Bedingungen werden durch die bekannte Gleichung beschrieben

(10) Cu₀ = IH₀I γ

worin U)₀ = die Resonanz-Winkelgeschwindigkeit des ausgewählten Kernes ist,

γ = das gyromagnetische Verhältnis der ausgewählten Kerne ist, das für die ausgewählte Kernart konstant ist und

I H_nI = die Feldstärke des statischen Magnetfeldes in Richtung H_Q ist.

Das statische Magnetfeld der Richtung H_Q wird erzeugt durch den superleitenden Magneten 30 und durch die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36. Die Resonanzfrequenz bzw. -Winkelgeschwindigkeit (O₀ wird mit Hilfe eines üblichen einstellbaren Hochfrequenzoszillators erzeugt, wie er im Zusammenhang mit dem Kernresonanzspektrometer 42 der US-PS 3 789 832 näher beschrieben ist. Am Ausgang des Oszillators ist ein Hochfrequenzsignal zu erhalten, dessen Frequenz von Hand mit Hilfe eines Frequenzwählers eingestellt werden kann. Das Hochfrequenzsignal wird auf die Hochfrequenzspule 46 gegeben,

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und zwar wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, über eine Sende-Empfangs-Leitung 43 und eine übliche kapazitive Teilerschaltung 41. Diese kapazitive Teilerschaltung 41 hat zwei Kondensatoren 41a und 41b zur Impedanzanpassung der Spulen 46 an die Leitung 43 (wie dies an sich bekannt ist). Die Spule 46 ist so angeordnet, daß sie die Resonanzdomäne 44 umgibt. Sie hat eine derartige Größe, daß sie einen Querschnitt der Probe 32 umgibt. In Fig. 1 ist ein sitzender Mensch dargestellt, bei dem die Spule 46 so angeordnet ist, daß sie die Brust umgibt. Die Spule 46 ist auf einem nicht dargestellten Teil abgestellt und am Rahmen 45 derart angebracht, wie dies schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Der Rahmen 45 ist an einer Transportschiene 48 befestigt, die noch nachfolgend näher beschrieben wird.

Für das Vorliegen der Kernresonanzbedingungen muß die Spule 46 in einer solchen Stellung sein, daß die Richtung des oszillierenden Magnetfeldes der Spule 46 orthogonal zum Feld H ist. Da die Richtung des magnetischen Hochfrequenzfeldes der Spule 46 mit der Längsachse der Spule 46 zusammenfällt, muß diese so angebracht werden, daß ihre Längsachse mit der Y-Achse zusammenfällt, wenn der Patient die in Fig. 1 gezeigte Sitzposition hat. Lediglich zum Zwecke der Erläuterung ist in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung ein dreidimensionaler Raum zugrundegelegt mit den üblichen Richtungen X, Y und Z. Dieses X-Y-Z-Achsenkreuz ist in den Figuren dargestellt.

Falls der Patient eine liegende Stellung auf der Transportschiene 48 hat, d. h. in Z-Richtuhg, läßt sich eine Zylinderspule 46 nicht verwenden. Sie wäre z. B. durch ein Paar zylindrischer Helmholtz-Spulen zu ersetzen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Brust derart anzuordnen sind, daß die Richtung des Hochfrequenzfeldes in die X- oder in die Y-Richtung fällt.

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- y- n

Im praktischen Betrieb wird die Größe der Feldstärke |H_QI am Ort der Resonanzdomäne 44 durch direkte Messung ermittelt, und zwar ehe man die Probe oder den Patienten in den Magneten 30 einbringt. Da zwei der Variablen der Gleichung (1) bekannt sind, nämlich γ für den ausgewählten Kern und IH_l erhält man im Betrieb ein Kernresonanzsignal für den ausgewählten Kern im Bereich der Resonanzdomäne 44, wenn die Hochfrequenzstrahlung die angepaßte Frequenz U>_Q hat, die der Gleichung (1) genügt, und in Bezug auf die Resonanzdomäne 44 in einer Richtung orthogonal zum Feld H_Q ausgerichtet .ist.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 wird im Pulsbetrieb verwendet, um eine Probe zu analysieren. Bei dieser Ausführungsform wird ein Hochfrequenzimpuls des Oszillators des Kernresonanzspektrometers 42 in die Resonanzdomäne 44 mit Hilfe der Spule 46 gegeben. Die Spule 46 wird dann auf Empfangsbetrieb geschaltet, um das Kernresonanz-Spektralsignal festzustellen, sofern eines erzeugt wird. Das festgestellte Signal geht an das Kernresonanz-Spektrometer 42 über die Sende-Empfangs-Leitung 43. Das Spektrometer 42 hat einen Computer oder Rechner und Speichereinrichtungen mit denen die Kernresonanzsignal-Parameter, wie z. B. Intensitäten und Relaxationszeiten zusammen mit den Raumkoordinaten der Transportschiene 48 zu speichern sind.

In einer Analysevorrichtung nach der US-PS 3 789 83 2 sind die Detektorspulen und die Sendespulen voneinander getrennte Spulen, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind Empfängerspule und Sendespule ein und dieselbe Spule. Dies ist.ein anderer Weg, dasselbe Ergebnis zu erreichen. Der Grund·hierfür ist, daß dann, wenn Hochfrequenzstrahlung in die Resonanzdomäne gegeben wird, das magnetische Moment der ausgewählten Kerne aus ihren Grund- bzw. Gleichgewichtszuständen parallel der Richtung H₀ in höheren Energiezustand angeregt wird, und zwar durch

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magnetische Kernresonanzabsorption in einer Richtung orthogonal zu der Richtung H , wenn dies im rotierenden Rahmen gesehen wird. Wenn die Hochfrequenzstrahlung ausgeschaltet wird, emittieren die angeregten Kerne ein Hochfrequenzsignal, das dem Rückfall in die Gleichgewichtszustände entspricht und zwar nach der bekannten, in der obigen US-Patentschrift beschriebenen Gleichung.

Die Orientierung der Empfänger- bzw. Detektorspule relativ zur Sendespule ist solange unwesentlich, wie diese orthogonal zu der Richtung H_n sind. In der Tat können die Sendespule und die Empfängerspule ein und dieselbe Spule sein, wie dies im Falle der oben beschriebenen Ausführungsform nach Fig. 1 erwähnt ist. Wenn eine einzige Spule verwendet wird, ist Impulsbetrieb notwendig. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist, wenn Sendespule und Empfangsspule voneinander getrennt werden und diese orthogonal zueinander und orthogonal zum Feld H angeordnet werden.

In Fig. 1 bezeichnet H die Richtung der Achse für Aussenden

und H die Richtung der Achse für Empfang. .κ

Das Abtasten eines Querschnittes der Probe 32 in der Vorrichtung nach Fig. 1 erfolgt durch Verwendung einer Transportschiene 48 auf der sich die Probe 32 befindet. Eine Antriebsvorrichtung 49 hat Motore und Getriebe zur Bewegung der Transportschiene 48 in wie üblicher Weise in X-Richtung und Z-Richtung nach Fig. 1. Die Antriebsvorrichtung 49 wird mit Hilfe der Steuereinrichtung 52 in wie üblicher Weise automatisch in Betrieb gesetzt, um die Probe 42 relativ zu der stationären Resonanzdomäne 44 in Form eines Abtastmusters in einer X-Z-Ebene innerhalb der Probe 32 zu bewegen. Beim Abtasten eines Menschen 32, wie dies Fig. 1 zeigt, wird somit die Person relativ zu der stationären Resonanzdomäne 44 in Form eines Gitter- bzw. Netz-Musters bewegt, das in einem Querschnitt der Brust dieser Person liegt. Obgleich Fig. 1

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eine Vorrichtung zeigt, bei der die Probe 32 in Bezug auf eine stationäre Resonanzdomäne 44 bewegt wird, kann stattdessen auch die Resonanzdomäne 44 in Bezug auf eine stationär gehaltene Probe 32 bewegt werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit eingeschlossen ist.

Beispiel 1

Es wurde das Experiment durchgeführt, den Querschnitt der Brust eines Menschen nach Art einer Landkarte aufzunehmen. Die Person wurde in die in der Fig. 1 gezeigte Stellung gebracht, wobei die Spulen 46 die Brust umgeben. Bei dieser Messung wurden Wasserstoffkerne als festzustellende Kerne ausgewählt. Der Magnet 30 wurde so eingestellt, daß er ein Magnetfeld mit 500 Gauss am Ursprung desselben erzeugt. Die Transportschiene 48 wurde nach Art eines Gittermusters derart bewegt, daß die Person in Bezug auf die Resonanzdomäne 44 in einem Querschnittsmuster durch den 8. Brustwirbel bewegt wurde, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Fig. 4 zeigt eine bildmäßige Ansicht dieses Querschnittes.

Die Frequenz des Hochfrequenzoszillators des Kernresonanz-Spektrometers 42 betrugt 2,18 MHz und der Oszillator wurde auf 10 W Impulse magnetischer Hochfrequenzstrahlung für 60 \is eingestellt. Die Wiederholungsperiode betrug 800 με. Die Steuereinrichtung 50 wurde so eingestellt, daß sie die Person in einem Gittermuster in X-Z-Ebene bewegt, wobei eine neue Position unmittelbar vor der Aussendung des Hochfrequenzimpulses eingenommen wird. Di'e erzeugten Kernresonanzsignale werden mit Hilfe der Spule ,46 aufgenommen und über die Leitung 43 an das Kernresonanz-Spektrometer 42 gegeben.

Das Spektrometer 4 2 verarbeitet die Kernresonanzsignale in einem Computer oder Rechner der Data General. Der Rechner war

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so programmiert, daß er die Kernresonanzsignale nach ihrer empfangenen Intensität entsprechend der jeweiligen Stellung im Muster speichert. Der Rechner war außerdem so programmiert, daß er nach Vollendung einer vollständigen Querschnitts-Abtastung eine Karte bzw. ein Bild gibt, die die Kernresonanzsignal-Intensitäten für eine jede Stelle des Musters wiedergibt, wobei dieses Bild dann wiedergegeben wurde auf einer Video-Bildröhre in 16 Farben. Eine jede Farbe entsprach einer bestimmten Intensität, und zwar von Weiß über Gelb, Rot und Blau bis Schwarz. Weiß repräsentierte maximale Intensität. Die Fig. 6 zeigt ein Schwarz-Weiß-Bild der originalen 16-Farben-Bildwiedergabe. Oben im Bild ist die vordere Begrenzung der Brustwand zu sehen. Der linke Bildbereich ist die linke Seite der Brust, und zwar nach unten gesehen. Die Intensität der Wasserstoff-Kernresonanz-Signale ist durch Schwarz codiert, entsprechend der Null-Amplitude des Signals. Weiß repräsentiert Signale stärkster Intensitäten und zwischenliegende Grautöne geben Zwischenwerte der Intensitäten wieder. Ausgehend von der vorderen Seite zur hinteren Seite, und zwar entlang der Mittellinie ist als Hauptstruktur das Herz zu sehen, wie es unzulässig in die linke volle Lunge eindringt (schwarzer Raum). Die linke Lunge ist in ihrer Größe verkleinert relativ zur rechten Lunge (schwarzer Raum rechts von der Mittellinie), und zwar wie dies (siehe die schematische Darstellung der menschlichen Brust in Fig. 4 in Höhe des 8. Brustwirbels nach Fig. 5) sein sollte. Weiter hinten und etwas links der Mittellinie ist eine kreisförmige Struktur im Grauton zu erkennen, die der absteigenden Aorta entspricht.

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In der Körperwand, beginnend am Brustbein (vordere Mittellinie) und fortschreitend um die Ellipse könnte das Abwechseln von hoher Intensität (Weiß) und von Intensität mittlerer Höhe (Grau) dem Wechsel zwischen Zwischenrippenmuskeln (hohe Intensität)und Rippen (niedrige Intensität) entsprechen, wie dies Fig. 4 zeigt.

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Beispiel 2

Mit der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechend dem ersten Experiment wurde eine Karte bzw. ein Bild eines Querschnittes durch die Brust eines Menschen hergestellt, der bekannterweise eine von Krebs befallene linke Lunge hat. Die Schwarz-Weiß-Photographie des ursprünglich 16-Farben-Videobildes, die die Infiltration von Krankheit in die linke Lunge zeigt, ist in Fig. 6 zu sehen.

Der obere Anteil des Bildes in Fig. 6 ist die vordere Brustwand. Die linke Bildseite ist die linke Seite der Brust, nach unten gesehen. Die von Krebs befallene linke Lunge ist klar erkennbar.

In einer zweiten Ausführungsform wird eine Resonanzdomäne 44a wählbarer Größe durch eine Vorrichtung nach Fig. 8 erzeugt. Bei dieser Ausführungsform sind zwei einander identische Ringmagnete 51 und 52 vorgesehen, die wiederum supraleitende Magnete oder Magnete mit Kupferwicklungen sind. Sie sind axial zueinander ausgerichtet und in einem Abstand entsprechend Helmholtz-Spulen angeordnet, nämlich wobei der Abstand gleich dem Radius der Magneten 51 und 52 ist. Es ist bekannt, daß bei Helmholtz-Spulen die Magnetfeldstärke im Zwischenraum zwischen den beiden Magneten 51 und 52 im wesentlichen gleichförmig ist. Es ist das primäre statische Magnetfeld und die Richtung dieses Feldes H_Q ist parallel der Z-Achse des Magneten-Paares 51, 52.

Feldfokussierende Spulen 54, 54a und 56, 56a erzeugen das fokussierende statische Magnetfeld. Sie werden dazu benutzt, die Größe des Meßvolumens 44a einzustellen, nämlich wie dies mit den feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a der vorangehend beschriebenen Ausführungsform durchgeführt worden ist. Die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a sind jeweils in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Demgegenüber

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ist der Strom in den Spulen 54, 54a entgegengesetzt dem Strom in den Spulen 34 und 34a jeweils. Diese Spulen sind auf eine zylindrische Form 58 aufgebracht, die an den Rahmen der Magneten 51 und 52 mittels Klammern bzw. Winkel 59 angebracht sind. Es ist bekannt, daß dann, wenn diese Spulen eine Position dieser Art haben, die Richtung des Magnetfeldes längs der Z-Achse ist und der Gradient der Magnetfeldstärke zwischen den feldfokussierenden Spulen 54, 54a und 56, 56a entlang der Y-Achse linear ist. Wenn die zylindrische Form 58 wie in Fig. 8 bezeigt in ihre Lage koaxial ausgerichtet mit den Achsen der zwei Magneten 51 und 52 gebracht ist, so hat das durch die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a erzeugte Magnetfeld in der H_Q-Richtung einen linearen Gradienten orthogonal zu der Z-Achse.

Das resultierende statische Magnetfeld, das durch die Magneten 51 und 52 und durch die feldfokussierenden Spulen 34, 34a und 36, 36a in der Richtung H erzeugt wird, ist im wesentlichen gleichförmig in der X-Z-Ebene und hat einen linearen Gradienten in der Y-Richtung. Dieses statische Magnetfeld in der Richtung H ist das statische Magnetfeld, das notwendig ist, die Bedingungen für Kernresonanz-Spektroskopie gemäß Gleichung (1) zu erfüllen.

Mit Hilfe von Klammern oder Winkeln 59 sind auf der Form 58 zwei Hochfrequenz-Sendespulen 60 und 62 angebracht. Sie werden mit einem Hochfrequenz-Signal gespeist, wie es für die Kernresonanz-Bedingung notwendig ist. Diese Spulen können Rechteckspulen sein. Es werden aber kreisförmige Spulen bevorzugt, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind. Sie sind orthogonal zueinander mit der Linie des Schnittes in der Y-Richtung angeordnet und sie schneiden die Achsen der beiden Magneten 51 und 52. Diesbezüglich sei auf die Fig. 8 verwiesen. Die Ebene einer jeden der Hochfrequenzspulen 60 und 62 ist 45° geneigt zur X-Y-Ebene wie dies die Fig. 9 zeigt, die eine Querschnittsaufsieht auf diese Spulen entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 8 ist.

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Die Hochfrequenzspulen 60 und 62 sind mit der Hochfrequenzquelle 64 bzw. 66 über übliche kapazitive Teilerschaltungen 61 und 63 und mit Ubertragungsleitungen 65 und 67 verbunden. Die kapazitiven Teilerschaltungen 61 und 63 sind dazu vorgesehen, die Impedanz der Spulen 60 und 62 an die Ubertragungsleitungen 65 und 64 jeweils anzupassen. Der Wechselstrom in den beiden Spulen 60 und 62 ist in der Phasenbeziehung derart, daß die Resultierende der magnetischen Feldvektoren der Spulen orthogonal zur magnetischen Hauptachse, d. h. orthogonal zur Z-Achse ist und in der Darstellung der Fig. 8 längs der X-Achse liegt. Bei dieser Anordnung liegt die Maximalamplitude des magnetischen Hochfrequenzfeldes längs der Y-Achse. Sie hat einen exponentiellen Amplitudenabfall weg von der Y-Achse. Die Spulen 60 und 62 fokussieren somit die oszillierende magnetische Hochfrequenzenergie zu einem Bleistiftstrahl entlang der Y-Achse. Dieser Bleistiftstrahl ist die Quelle der Größe to_Q in der obengenannten Gleichung (1). Eine davon getrennte zylindrische Helmholtz-Spule 68 wird als Empfängerspule verwendet. Ihre magnetische Achse ist senkrecht zur X- und zur Z-Achse, d. h. sie liegt längs der Y-Achse in der Darstellung nach Fig. 8. Die Empfängerspule 68 wird durch (nicht dargestellte) Halterungen an der Transportschiene 48 gehalten und bewegt sich zusammen mit dem Patienten während der Abtastung.

Es wird nunmehr auf das schematische Diagramm der Fig. 10 Bezug genommen. Dieses zeigt die Betriebsweise. Eine Abtastung entlang der Y-Achse wird durch bloßes Verändern der Frequenz des Hochfrequenzfeldes ausgeführt. Dies ist deshalb möglich, weil der lH_Q|-Wert sich.linear entlang der Y-Achse zwischen den zwei feldfokussierenden Spulen-Paaren 54, 54a und 56, 56a ändert. In dieser Ausführungsform ändert sich das überlagerte Feld z. B. von -0,50 bis zu -»-0,50 Gauss zwischen den feldfokussierenden Spulen 54, 54a und 56, 56a. Jedoch kann der Bereich und daher der Gradient dadurch größer oder

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kleiner gemacht werden, indem der Strom in den feldfokussierende Spulen 54, 54a und 56, 56a verändert wird. Für einen bestimmten Mägnetwert |H_|, z. B. für H_. in Fig. 10, gibt es eine bestimmte Frequenz UX.. für die die Kernresonanzbedingungen des ausgewählten Kernes erfüllt sind. Um eine Messung an der Stelle zu erhalten, an der der Wert von IH_QI = H .₊₁ ist, ist somit die Frequenz in der Sendespule auf den Wert ü) .. ~ einzustellen. Durch die Veränderung der Frequenz, die den Sendespulen 6O und 62 zugeführt wird, ist ein Mittel gegeben, eine Probe entlang einem Bleistiftstrahl durch die Probe hindurch abzutasten. Der Bereich der Werte H , erzeugt durch die feldfokussierenden Spulen 54, 54a und 56, 56a entlang der Y-Achse ist ausreichend klein, so daß nur die gewünschten Kerne angeregt werden, wenn die Hochfrequenzquellen 64 und verändert werden. Der Benutzer der Vorrichtung kann somit sicher sein, daß dann, wenn er eine spezielle Frequenz w * verwendet, nur die gewünschten Kerne am Ort der Feldstärke H_. in Resonanz kommen.

Die Steilheit des durch das Feld der fokussierenden Spulen 54, 54a und 56, 56a erzeugten Gradienten bestimmt die Größe des Meßvolumens 44a. Bei kleinerem Gradienten ist dies ein größerer Bereich, in dem im wesentlichen dieselbe magnetische Feldstärke herrscht, nämlich vergleichsweise zum Fall eines größeren Gradienten.

Um einen Querschnitt der Abtastung einer Probe z. B. eines Menschen zu erhalten, wird die Person auf die Transportschiene 48a gebracht, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der durch die Sendespulen 60 und 62 erzeugte, abtastende Bleistiftstrahl geht längs der Y-Achse. Der Strahl und die Probe sind zunehmend bzw. fortlaufend mit Hilfe einer wie üblichen Antriebseinrichtung 48a und einer Antriebs-Steuer-Einrichtung 50a entlang der X-Achse bewegt worden, wenn eine vollständige Abtastung entlang des Bleistiftstrahls längs der Y-Achse vollendet ist. Auf diese Weise kann eine Querschnittsabtastung

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einer Scheibe durchgeführt werden, wobei diese Scheibe senkrecht zur Z-Achse ist. An einer jeden Stelle des Querschnittsgitters bzw. des Querschnittes detektiert die Empfängerspule 68 jegliches auftretendes Kernresonanzsignal. Die Intensität oder irgendein anderer Parameter des Signals, zusammen mit der zugehörigen Position bzw. Lage der Resonanzdomäne 44a wird im Rechnerspeicher eingespeichert, der sich in dem Kernresonanz-Spektrometer 42 befindet und der mit der Empfängerspule 68 über die übertragungsleitung 70 und die kapazitive Teilerschaltung 71 verbunden ist. Diese Intensitätswerte werden später zu dem Querschnittsgitter der Werte einer X-Y-Ebene der Probe verarbeitet. Damit wird eine Karte bzw. ein Bild geschaffen, das die Lage und Intensität des an einem jeden Ort erhaltenen Signals wiedergibt.

Der Aufbau nach Fig. 8 sieht eine Bewegung der Probe 32 in Bezug auf einen stationären Bleistiftstrahl der ausgesandten Hochfrequenzenergie vor. Es sei darauf hingewiesen, daß der Aufbau auch so gewählt sein kann, daß die feldfokussierenden Spulen 54, 54a und 56, 56a, die Sendespulen 60 und 62 und die Empfängerspule 68 um die Z-Achse stufenweise gedreht werden, nämlich um eine vollständige Abtastung entlang des Bleistiftstrahls durchzuführen, um ein vollständiges Bild der Werte zu erhalten. Es wird dabei ein radiales Abtastmuster erzeugt. Der Bleistiftstrahl würde über 180° rotiert werden, um eine vollständige Querschnittsabtastung der Probe durchzuführen. Eine solche Betriebsweise liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

■ i
Abhängig von der Geometrie der zu «analysierenden Probe kann zusätzlich die Richtung der magnetischen Achse der Sendespulen 60 und 62 (H_T) und die Richtung der magnetischen Achse der Empfängerspule 68 (H_R) nach Fig. 8 umgekehrt werden, und zwar durch Rückpositionieren der Sendespulen 60 und 62 und der Empfänger spule 68 solange H_n,, H_n und H₀ im wesentlichen orthogonal sind. Bei dem in Fig. 8 gezeigten speziellen Aufbau ist bevorzugt, daß der Patient auf dem

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Rücken liegt, da dann die Länge des durch die Sendespulen 60 und 62 zu erzeugenden Bleistiftstrahls, die sich durch die Probe hindurch erstreckt, ein Minimum ist. Jedoch sind auch andere Varianten möglich und gehören in den Rahmen der Erfindung.

Eine dritte Ausführungsform nach dem Prinzip der Erfindung ist in den Figuren 11 bis 14 gezeigt. Bei diesen-Ausführungsformen wird das statische Magnetfeld mit der Richtung H durch Permanentmagnete 76 und 78 erzeugt. Auf den Magneten 76 und sind Polflächen bzw. Polschuhe 72 und 74' angebracht, um den Fluß zu konzentrieren. Die Form des statischen Magnetfeldes zwischen den Permanentmagneten 76 und 78 ist bekannt und im wesentlichen gleichförmig.

Die zu analysierende Probe, die z. B. wiederum eine Person ist, kommt in eine Lage auf der Transportschiene 48c im Innenraum zwischen den Magneten 76 und 78. Die Transportschiene 48c hat wiederum eine Antriebseinrichtung 49c und eine Steuereinrichtung 50c. Die feldfokussierenden Spulen 80, 80a und 82, 82a entsprechen den Spulen 54, 54a und 56, 56a der zweiten, in Fig. 8 gezeigten Ausführurigsform: Sie bewirken einen linearen Gradienten des statischen Magnetfeldes in der H -Richtung entlang der Y-Achse.

Die Sendespulen 86 und 88 entsprechen denjenigen Spulen 60 und 62 der Ausführungsform nach Fig. 8. Bei dieser Ausführungsform liegt die Schnittlinie der Sehdespü'ien 86 und 88 entlang der Y-Achse und die Sendespülen 86 ufid 88 sind orthogonal zueinander. Gegenüber der Y-Z-Efeferie sind sie um 45 geneigt. Die Empfängerspule 90 entspricht der Empfängerspule 68 nach Fig. 8. In den Fiijufeh 11 bis 14 sind die Verbindungen dieser Spulen mit den Quöllen und mit dem Kernresonanz-Spektrometer nicht dargestellt; da sie gleich denjenigen der Fig. 8 sind.

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Die in den Figuren 11 bis 14 gezeigte Vorrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie diejenige nach Fig. 8 und ist ähnlich einer solchen Vorrichtung, jedoch mit Ausnahme, daß hier Permanentmagnete 76 und 78 die Helmholtz-Spulen 51 und 52 nach Fig. 8, ersetzen. Die magnetischen Richtungen der Sendespulen 86 und 88 (H_) und der Empfängerspule 90 (H_D) sind noch orthogonal und beide sind noch orthogonal zu HL·. Um einen menschlichen Patienten unterzubringen, sind die Spulen wieder anzubringen. Die Arbeitsweise ist bei beiden Ausführungsformen jedoch identisch.

Die Richtung des Feldes H_Q dieser dritten Ausführungsform ist entlang der X-Achse statt entlang der Z-Achse. H_R liegt in der Y-Richtung und H„, in der Z-Richtung. Somit sind H_Q, H- und H orthogonal zueinander. Die Resonanzdomäne 92 befindet sich auf dem Bleistiftstrahl und wird durch die Sendespulen 86 und 88 erzeugt, nämlich wie bei Fig. 8. Da der Bleistiftstrahl auf der Schnittlinie der Ebenen der beiden Sendespulen 86 und'88 liegt, verläuft dieser Bleistiftstrahl längs der Y-Achse.

Das Abtasten wird wie bei der Ausführung nach Fig. 8 dadurch ausgeführt, daß entlang des Bleistiftstrahls in Y-Richtung abgetastet wird, und daß die Probe bzw. der Patient 32 in X-Richtung verschoben wird. Damit wird eine Abtastung in der X-Y-Ebene bewirkt. Die Intensität des Kernresonanzsignals wird an einem jeden Punkt des Bleistiftstrahls in einer jeden Lage des Bleistiftstrahls bezogen zur Probe gemessen. Wiederum werden die festgestellten Werte gespeichert, verarbeitet und als Querschnittsbild der Probe wiedergegeben, in dem die Intensitäten des Kernresonanzsignals eines jeden Ortes des Querschnitts der Probe sichtbar ist.

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Mit Hilfe einer jeden der drei Ausführungsformen wie sie oben beschrieben sind, kann der Betreiber erhaltene Kernresonanzsignale verarbeiten und einen kernspezifischen Magnetwert bestimmen, der z. B. die Intensität des erhaltenen Kernresonanz-Signals ist, die das Maß des Vorhandenseins der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne angibt, der ein Diagramm der Amplitude über dem Frequenzspektrum aufstellen läßt, mit dem die Atofflkombinationen der ausgewählten Kerne des Resonanzvolumens angegeben werden, der Spin-Gitter-Relaxationszeiten, der Spin-Spin-Relaxationszeiten angibt und der Spin-Häufigkeitsverteilung ausgewählter Kerne angibt, die das Maß der Anordnung oder Bindung bzw. das Vorhandensein dieser Kerne in der Resonanzdomäne angibt. Alle diese kernmagnetischen Resonanzwerte können zwecks Analyse durch den Benutzer bildlich wiedergegeben werden und Bilder bzw. Karten des Querschnitts angefertigt werden. Für das Erkennen von Krebsgewebe in Mammas ist es bevorzugt, die Kerne von z. B. P³¹, K³⁹, Na²³, H¹, C¹³, N¹⁵, N¹⁴ und O¹⁷ auszuwählen. Eine wie erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich aber auch zum Erkennen und zur Analyse anderer Gewebekrankheiten verwenden, wenn in dem erkrankten Gewebe bestimmte Kerne eine andere bzw. abweichende chemische Anordnungs- bzw. Bindungsstruktur vergleichsweise zu Kernen normalen, nicht-erkrankten Gewebes haben.

Zur Herstellung eines Diagramms der Kernresonanz-Amplitude über dem Frequenzspektrum kann ein Impulsbetrieb mit einer jeden der drei oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Dabei hat der in die Resonanzdomäne ausgesandte Impuls ein Band von Frequenzen. Die resultierende Amplitude über der Zeit des mit der Empfängerspule festgestellten Kernresonanz-Signals wird in das Kernresonanz-Spektrometer 4 2 gegeben. Dieses hat einen programmierten Rechner mit dem eine Fourier-Analyse des Empfangssignals durchgeführt wird, um die Amplitude über dem Frequenzspektrum zu erhalten.

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Beispiele eines solchen Amplituden-Frequenzdiagramms, wie sie mit der erstbeschriebenen Ausführungsform zu erhalten sind,sind in den Figuren 15A und 15B wiedergegeben.

Beispiel 3

Die Fig. 15A zeigt ein P -Kernresonanzspektrum, das man ohne Eingriff von normalem Muskelgewebe erhält. Fig. 15B zeigt ein P -Kernresonanzspektrum, wie
erkranktem Muskelgewebe aufnimmt.

ein P -Kernresonanzspektrum, wie man es ohne Eingriff von

Die Betriebsfrequenz des Hochfrequenzoszillators betrugt 100 MHz und die Bandbreite der ausgesandten Impulse betrug 5 KHz, und zwar 1OO MHz - 1 KHz bis 100 MHz + 4 KHz. Die Pulsfolge betrug 10 s. Das resultierende Spektrum war das der 256 gemittelten freien Induktionsabfall-Spitzenpositionen, basierend auf den mittleren Positionen von 8 separaten Experimenten. Eine jede Spitze (der Kurve) ist die Resonanz für Phosphor, und zwar für verschiedene Phosphor enthaltende Moleküle. Ausgenommen ist der Fall des Adenosin-tri-phosphats (ATP), wo sich drei Resonanzen für das Molekül ergeben je eines für jedes der drei Phosphate. In Fig. 15A sind dies die Spitzen D, E und F der Kurve. Die Spitze A in den Figuren 15A und 15B ist die Phosphorresonanz von Zuckerphosphat (sugar phosphate), die bei -3,9 TpM im normalen gesunden Muskel und bei -4,3 TpM im kranken Muskel liegt. Dies entspricht einem Unterschied von 40 Hz bei einer Betriebsfrequenz von 100 MHz. TpM (ppm) ist die Abkürzung für Teile pro Million und diese Bezeichnung wird hier für die Lokalisierung der Frequenzlagen der einzelnen Pöaks bezogen auf die Betriebsfrequenz verwendet. 1 TpM entspricht einer Frequenz von 100 Hz oberhalb der Betriebsfrequenz von 100 MHz und -1 TpM entspricht einer Frequenz von 100 Hz unterhalb der Betriebsfrequenz 100 MHz. Die Spitze B in den Figuren 15A und 15B ist die Phosphorresonanz für die anorganischen Phosphorsalze, der bei -1,7 TpM für normalen Muskel und bei -2,4 TpM für kranken Muskel liegt. Dies entspricht einem Unterschied von

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70 Hz. Die Spitze C in Fig. 15A gehört zu Kreatinphosphat, das in Krebsgewebe nicht vorliegt. Die Spitzen D, E, F in der Fig. 15A sind drei Phosphate des ATP (ebenfalls in Krebsgewebe nicht vorkommend). Das Fehlen gewisser Spitzen der Spektralkurve und die Verschiebung bestimmter Spitzen im Kernresonanzspektrum für untersuchtes Gewebe, das sich innerhalb der Resonanzdomäne befindet, weist auf erkranktes Gewebe hin, wie der Vergleich mit dem Kernresonanzspektrum für bekanntermaßen erkranktes Gewebe zeigt. Erkranktes Gewebe läßt sich damit ohne Eingriff erkennen und lokalisieren.

Abhängig von den physikalischen Gegebenheiten, die auf der Geometrie der zu untersuchenden Probe beruhen, kann die Empfängerspule bei allen drei Ausführungsformen eine Kreisspule oder Zylinderspule sein, nämlich wenn diese die Probe umgeben kann oder sie kann eine geteilte Helmholtz-Spulen-Anordnung sein, wenn es nicht praktikabel ist, die Spule um die Probe herumzulegen.

Bei allen drei Ausführungsformen darüber hinaus können die Sendespulen und die Empfangsspulen kombiniert sein, vorausgesetzt, es wird Impulsbetrieb angewendet, wie dies im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform oben beschrieben worden ist.

Alle diese vorgenannten Varianten liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Mit allen drei Ausführungsformen läßt sich auch Dauerstrichbetrieb durchführen. Bei dieser Betriebsweise sind jedoch getrennte Sendespulen und Empfängerspulen erforderlich. Diese müssen notwendigerweise orthogonal zur Richtung H₀ des statischen Magnetfeldes sein. Bei Dauerstrichbetrieb oder bei Betrieb mit hoher Auflösung arbeitet der Sender andauernd, wobei entweder dessen Frequenz graduell verändert

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wird oder die Feldstärke des statischen Magnetfeldes in H -Richtung variiert wird. Unter diesen Bedingungen und bei einer Probe bei der die ausgewählte Kernart (z.B. Wasserstoff) in einer Vielfalt von Kombinationen mit anderen Atomen vorkommt, ergeben die verschiedenen Kombinationen Resonanzspitzen. Hierzu siehe z. B. die Figuren 15A und 15B. Eine jede Resonanzspitze entspricht einer anderen Wellenlänge für Kernresonanzabsorption und ihr Auftreten beruht auf der Tatsache, daß verschiedene Atomkombinationen der ausgewählten Kernart bzw. deren Atome die Konfiguration der diesen jeweiligen Kern umgebenden Elektronenwolke verändernd beeinflusst und somit das Netto-Magnetmoment der Elektronenwolke verändert ist. Die Frequenz, bei der Resonanz auftritt, ändert sich somit abhängig von verschiedenartigen Kombinationen der ausgewählten Kernart mit anderen Kernarten. Die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen treten als Resonanzspitzen in einem Diagramm der Amplitude über der Frequenz auf.

Wie dies im Zusammenhang mit dem Beispiel 3 beschrieben ist, erhält man ein Diagramm der Amplitude über der Frequenz auch bei Impulsbetrieb bei Aussendung eines Impulses gegebener Bandbreite in die Resonanzdomäne und Detektion des sich ergebenden Kernresonanzspektralsignals. Durch Anwendung einer Fourier-Analyse (Fast Fourier Transform) läßt sich das Spektrum ermitteln. Der Dauerbetrieb, den man durch Veränderung der Frequenz des Senders über die Zeit erhält, ist eine.Methode, ein Amplituden/Frequenz-Spektrum zu erhalten, und zwar direkt ohne Notwendigkeit einer Fourier-Analyse.

Es sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebenen drei Ausführungsformen auch so angepaßt werden können, daß Kernresonanzsignale für mehrfache ausgewählte Kernarten gemessen werden können, z. B. dadurch, daß mehrere Empfängerspulen

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angeordnet werden. Eine jede Empfängerspule ist für eine getrennte Art von Kernen bestimmt und sie sind aufeinander angeordnet. Die Sendespule würde dann in einer zeitgetakteten Folge zu pulsen sein, womit das notwendige Hochfrequenzsignal bereitgestellt wird, das für die Kernresonanzbedingungen erforderlich ist, und zwar zunächst für die erste Kernart, dann für die zweite Kernart usw. Andere Varianten, wie z.B. die Verwendung elektronischer Schaltung zur Detektierung des Sendesignals und solche die die Notwendigkeit mehrfacher Empfängerspulen beheben, sind durch die Erfindung nahegelegt und liegen im Rahmen derselben. Die ermittelten Kernresonanzsignale können dann verarbeitet werden und auf mehreren Videoschirmen wiedergegeben werden.

Mit der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen, wie es sehr notwendig gebraucht wird, für die Ermittelung der chemischen Struktur oder chemischen Zusammensetzung einer Probe, wobei in der Vorrichtung die Möglichkeit eingeschlossen ist, eine makroskopische Abtastung oder eine mikroskopische Abtastung der Probe nach Wahl durchzuführen. Für den Fachmann ergeben sich aus der vorangehenden Beschreibung der Erfindung und ihrer bevorzugten Ausführungsformen eine Vielzahl von weiteren Variationen und Abwandlungen im Rahmen des Erfindungsgedankens.

Batentanwalt

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Leerseite

Claims (39)

1. Verfahren und Vorrichtung der Kernresonanzspektroskopie mit Abtastung und Aufzeichnung

   PATENTANSPRÜCHE

   O)

   T) Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins "ausgewählter Atomkerne in einer Probe, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines primären statischen >! = gnetfeldes in einem Raum; durch eine Einrichtung zur Fok-^ = ierun:' des primären statischen Magnetfeldes im Raun;,. " ir.iz. eine Resonanzdorriäne wählbarer Größe geschaffen wird, in "ier die Feldstärke im wesentlichen gleich ist; durch eir.o Einrichtung zur Positionierung der Probe derart, daß die Resonanzdomäne in die Probe fällt; durch eine Einrichtung zur Einstrahlung oszillierender magnetischer Strahlung in die Resonanzdo::iäne derart, daß die Ausrichtung des Magnetfeldes der oszillierenden magnetischen Strahlung orthogonal zu der Ausrichtung des primären statischen Magnetfeldes ist, womit ein Kernresonanzsignal der ausgewählten Kernart innerhalb der Resonanzdomäne erzeugt wird; durch einen Empfänger für die erzeugten Kernresonanzsignale und durch eine Einrichtung zur Verarbeitung der Kernresonanzsignale, um dadurch einen Meßwert der Kernresonanz zu ermitteln, der das Vorhandensein der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne in der Probe anzeigt.

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2. 2. Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins ausgewählter Atomkerne in einer Probe, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines primären statischen Magnetfeldes mit bekannter Feldkonfiguration; durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines fokussierenden statischen Magnetfeldes mit wählbarer Feldkonfiguration; durch Überlagerung eines fokussierenden statischen Magnetfeldes zu dem primären statischen Magnetfeld, um ein resultierendes statisches Magnetfeld zu erzeugen, das eine Resonanzdomäne hat, in der im wesentlichen gleiche Feldstärke vorliegt; durch eine Einrichtung zur Wahl der Feldkonfiguration des fokussierenden statischen Magnetfeldes zwecks Festlegung der Größe der Resonanzdomäne; durch eine Einrichtung zur Positionierung der Probe derart, daß die Resonanzdomäne in die Probe fällt; durch eine Einrichtung zur Einstrahlung oszillierender magnetischer Strahlung in die Resonanzdomäne derart, daß die Ausrichtung des magnetischen Feldes der oszillierenden magnetischen Strahlung orthogonal zu der Ausrichtung des resultierenden magnetischen Feldes ist, so daß ein Kernresonanzsignal erzeugt wird; durch Empfang des erzeugten Kernresonanzsignals und durch Verarbeitung des Signals zur Bestimmung eines Wertes der Kernresonanz der das Vorhandensein der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne in der Probe anzeigt.
3. 3. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung und für das Vorhandensein der oszillierenden magnetischen Strahlung periodisch in Betrieb gesetzt wird und dadurch, daß des weiteren eine Einrichtung zur Neupositionierung der Probe relativ zu der Resonanzdomäne vorgesehen ist, wobei diese Neupositionierung vorgenommen wird, nachdem das Kernresonanzsignal empfangen worden ist, so daß ein anderer Anteil der Probe dann mit der Resonanzdomäne zusammenfällt, womit eine Abtastung der Probe durchzuführen ist.

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4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß für das primäre statische Magnetfeld ein ringförmiger supraleitender Magnet vorgesehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß feldfokussierende Spulen zur Erzeugung des fokussierenden statischen Magnetfeldes vorgesehen sind.
6. 6. Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins ausgewählter Atomkerne in einer Probe, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines primären statischen Magnetfeldes mit bekannter Feldkonfiguration in einem dreidimensionalen Raum mit X-Y- und Z-Achse, wobei das primäre statische Magnetfeld in der Z-Achse ausgerichtet ist; durch eine Einrichtung zur Überlagerung eines fokussierenden statischen Magnetfeldes mit einer Feldausrichtung in der Z-Achse, wobei ein vorgebbarer Feldgradient in Richtung der Y-Achse für das primäre statische Magnetfeld vorliegt, so daß ein solches resultierendes statisches Magnetfeld vorliegt, das eine Feldausrichtung in der Z-Achse hat und vorgebbare Feldverteilung aufweist; durch eine Einrichtung zur Erzeugung und Einstrahlung oszillierender magnetischer Strahlung mit wählbarer Frequenz; durch eine Einrichtung zur Auswahl einer Frequenz ^ der oszillierenden magnetischen Strahlung gemäß der Gleichung (1):

   O)₀ = |H₀| Y

   worin cü _n die Resonanzwinkelgeschwindigkeit der ausgewählten Kernart ist H die Feldstärke des resultierenden statischen

   Magnetfeldes am betreffenden Ort ist und γ das gyromagnetische Verhältnis für die ausgewählte Kernart ist, wobei dies eine von der Kernart abhängige Koretante ist;

   wobei diese Gleichung (1) für die ausgewählte Kernart in der

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   Resonanzdomäne im resultierenden statischen Magnetfeld gilt, das dort im wesentlichen die Feldstärke |H | hat; durch eine Einrichtung zur Positionierung der Probe derart, daß die Resonanzdomäne in die Probe fällt; durch eine Einrichtung zur Ausrichtung der oszillierenden magnetischen Strahlung mit der Frequenz Oi_Q in eine solche Richtung, daß die Ausrichtung des Magentfeldes dieser Strahlung orthogonal zu der Z-Achse ist; durch eine Einrichtung zur Einstrahlung der oszillierenden magnetischen Strahlung in die Resonanzdomäne, womit ein Kernresonanzsignal der ausgewählten Kernart der Probe erzeugt wird, die sich in der Resonanzdomäne befindet; durch eine Einrichtung zum Empfang des erzeugten Kernresonanzsignals und durch eine Einrichtung zur Verarbeitung des empfangenen Kernresonanzsignals zur Bestimmung eines Wertes der Kernresonanz, der das Vorhandensein der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne in der Probe anzeigt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine solche Einrichtung zur Erzeugung des primären statischen Magnetfeldes vorgesehen ist, die eine Einrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen gleichen, gleichförmigen Magnetfeldes dient und dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung des fokussierenden statischen Magnetfeldes eine Einrichtung enthält, mit der ein Feld mit vorgebbarem linearen Feldgradienten in Richtung der Y-Achse erzeugt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung für den Feldgradienten derart ist, daß sich der lineare Gradient des fokussierenden statischen Magnetfeldes in der Y-Achse einstellen läßt, um eine bestimmte Größe der Resonanzdomäne zu erreichen.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, daß des weiteren eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der sich eine Abtastung der Probe in Richtung der Y-Achse

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   durchführen läßt, wobei diese Einrichtung Mittel zur Einstellung der Frequenz der oszillierenden magnetischen Strahlung auf einen neuen Wert U>_o hat, womit sich die Resonanzdomäne an eine neue Stelle des Raumes verlagern läßt, wo die Feldstärke des resultierenden statischen Magnetfeldes |H_| ist und damit die Gleichung (1) für diesen neuen Wert U) _o erfüllt ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß des weiteren eine Einrichtung zur Fokussierung der oszillierenden magnetischen Strahlung mit der Frequenz u> vorgesehen ist, womit maximale Intensität entlang eines Bleistiftstrahles in Richtung der Y-Achse zu erreichen ist und eine Abtastung der Probe in Y-Richtung entlang dem Bleistiftstrahl durchführbar ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Fokussierung der oszillierenden magnetischen Strahlung ein Paar sich durchdringender und im wesentlichen zueinander orthogonaler ebener Spulen hat, deren Schnittlinie in Richtung der Y-Achse liegt, so daß der Bleistiftstrahl entlang dieser Schnittlinie vorliegt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, daß die ebenen Spulen kreisförmig sind und die Schnittlinie ein gemeinsamer Durchmesser dieser Spulen ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung des primären statischen Magnetfeldes ein Paar ringförmiger supraleitender Magnete oder Magnetspulen ist, die axial zur Z-Achse ausgerichtet sind und sich in einem Abstand voneinander befinden, die einem Helmholtz-Spulen-Paar entspricht.

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14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Überlagerung eines fokussierenden statischen Magnetfeldes feldfokussierende Spulen sind.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines primären statischen Magnetfeldes wenigstens einen ebenen Permanentmagneten hat.
16. 16. Verfahren zur Feststellung des Vorhandenseins ausgewählter Atomkerne in einer Probe, gekennzeichnet dadurch, daß ein primäres statisches Magnetfeld erzeugt wird; dadurch daß das primäre statische Magnetfeld derart fokussiert wird, daß eine Resonanzdomäne wählbarer Größe entsteht in der die Feldstärke im wesentlichen gleich ist; dadurch, daß man die Probe in eine derartige Position bringt, daß die Resonanzdomäne in die Probe fällt;dadurch, daß man oszillierende magnetische Strahlung in die Resonanzdomäne derart einstrahlt, daß die Ausrichtung des Magnetfeldes der Strahlung orthogonal zur Ausrichtung des primären statischen Magnetfeldes ist, womit ein Kernresonanzsignal entsteht, das von der ausgewählten Kernart innerhalb der Resonanzdomäne erzeugt wird; dadurch, daß man das erzeugte Kernresonanzsignal aufnimmt und dadurch, daß man das Kernresonanzsignal in der Weise verarbeitet, daß ein Wert der Kernresonanz bestimmt wird, der das Vorhandensein der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne in der Probe anzeigt.
17. 17. Verfahren zur Feststellung des Vorhandenseins ausgewählter Atomkerne in einer Probe,.gekennzeichnet dadurch, daß man ein primäres statisches Magnetfeld mit bekannter Feldkonfiguration erzeugt; daß man ein fokussierendes statisches Magnetfeld mit wählbarer Feldkonfiguration vorsieht; dadurch daß man das fokussierende statische Magnetfeld dem primären statischen Magnetfeld derart überlagert, daß ein resultierendes statisches Magnetfeld mit einer Resonanzdomäne entsteht, in

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    der die Feldstärke im wesentlichen gleich ist; dadurch, daß man die Feldkonfiguration des fokussierenden statischen Magnetfeldes entsprechend der gewünschten Größe der Resonanzdomäne einstellt; dadurch, daß man die Probe derart in Position bringt, daß die Resonanzdomäne in die Probe fällt; dadurch, daß man oszillierende magnetische Strahlung in die Resonanzdomäne derart einstrahlt, daß die Magnetfeldausrichtung der oszillierenden magnetischen Strahlung orthogonal zu der Ausrichtung des resultierenden statischen Magnetfeldes ist, wodurch ein Kernresonanzsignal erzeugt wird; dadurch, daß man das erzeugte Kernresonanzsignal aufnimmt und dadurch, daß man das Signal zur Ermittelung eines Wertes der Kernresonanz verarbeitet, der das Vorhandensein der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne in der Probe anzeigt.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Feldkonfiguration des primären statischen Magnetfeldes eine Sattelform mit Gradienten hat und daß das fokussierende statische Magnetfeld eine einstellbare sattelförmige Gradientenverteilung mit einem Wendepunkt hat, wobei die Resonanzdomäne um den Wendepunkt herum liegt.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet dadurch, daß die oszillierende magnetische Strahlung periodisch in die Resonanzdomäne eingestrahlt wird und weiterhin dadurch, daß eine stufenweise Neupositionierung der Probe vorgenommen wird, nachdem ein Kernresonanzsignal empfangen worden ist, so daß jetzt ein anderer Anteil der Probe mit der Resonanzdomäne zusammenfällt, so daß eine_; Abtastung der Probe durchgeführt werden kann. '
20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet dadurch, daß die Probe entsprechend einem planaren Gittermuster bewegt wird, das einen Querschnitt der Probe derart bildet, daß ein Netz von Kernresonanzwerten für den betreffenden Querschnitt der Probe zu erhalten ist.

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21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich eine Bildwiedergabe der Kernresonanzwerte des Abtastmusters vorgenommen wird, so daß ein sichtbares Bild des Querschnitts zu erhalten ist.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, daß man eine ringförmige supraleitende Magnetspule oder einen supraleitenden Magneten verwendet, um das primäre statische Magnetfeld in einem Raum zu erzeugen, in dem die Probe im Inneren der ringförmigen Supraleitungsspule angeordnet wird.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet dadurch, daß feldfokussierende Spulen zur Erzeugung des fokussierenden statischen Magnetfeldes verwendet werden.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Probe ein lebendes Säugetier bzw. Mamma ist und die Werte der Kernresonanz die Intensitäten der empfangenen Kernresonanzsignale, die Spin-Spin-Relaxationszeiten, die Spin-Gitter-Relaxationszeiten, die Spin-Häufigkeitsverteilung und das Diagramm der Amplitude über der Frequenz mit umfassen.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, daß ausgewählte Atomarten P³¹, K³⁹, Na²³, H¹, C¹³, N¹⁵, 14 17

    N¹* und O¹' sind.
26. 26. Verfahren zur Feststellung des Vorhandenseins ausgewählter Atomkerne in einer Probe, gekennzeichnet dadurch-, daß ein primäres statisches Magnetfeld mit bekannter Feldkonfiguration in einem dreidimensionalen Raum mit X-, Y- und Z-Achse erzeugt wird, wobei das primäre statische Magnetfeld eine Feldausrichtung in Z-Richtung hat; dadurch, daß man ein fokussierendes statisches Magnetfeld mit einer Feldausrichtung in Z-Richtung dem primären statischen Magnetfeld

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    überlagert, wobei das fokussierende statische Magnetfeld einen wählbaren Gradienten in der Y-Richtung hat und womit ein resultierendes statiahes Magnetfeld mit einer Feldausrichtung in der Z-Achse mit bekannter Feldkonfiguration erzeugt wird; dadurch, daß man eine Quelle für eine oszillierende magnetische Strahlung wählbarer Frequenz vorsieht; dadurch, daß man eine Frequenz ω der Quelle für die oszillierende Strahlung wählt, die der Gleichung (1) genügt

    worin U)₁

    «öl

    = Ih₀I γ ,

    die Resonanzwinkelgeschwindigkeit der ausgewählten Kernart ist,

    die Feldstärke des resultierenden statischen Magnetfeldes am jeweiligen Ort ist und das gyromagnetische Verhältnis der ausgewählten Kernart ist, die eine Konstante für die Kernart ist,

    wobei dies für die ausgewählte Kernart in einer Resonanzdomäne im resultierenden statischen Magnetfeld gilt, wo die Feldstärke im wesentlichen | H | ist; dadurch daß man die Probe in derartige Position bringt, daß die Resonanzdomäne in die Probe fällt; dadurch, daß man der Orientierung der oszillierenden magnetischen Strahlung mit der Frequenz O) eine solche Richtung gibt, daß ihre magnetische Feldrichtung orthogonal zur Z-Richtung ist; dadurch, daß man die oszillierende magnetische Strahlung in die Resonanzdomäne einstrahlt, womit ein Kernresonanzsignal der ausgewählten Kernart in der Probe in der Resonanzdomäne erzeugt wird; dadurch, daß man das erzeugte Kernresonanzsignal empfängt und dadurch, daß man das Kernresonanzsignal derart verarbeitet, daß sich ein Wert der Kernresonanz ergibt, der das Vorhandensein der ausgewählten Kernart in der Resonanzdomäne in der Probe anzeigt.

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27. 27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß man ein primäres statisches Magnetfeld mit im wesentlichen gleichförmiger Feldkonfiguration erzeugt und ein fokussierendes statisches Magnetfeld mit wählbarem linearem Gradienten in Y-Richtung vorsieht.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet dadurch, daß man durch Wahl der Größe des linearen Gradienten des fokussierenden statischen Magnetfeldes in Y-Richtung die Größe der Resonanzdomäne bestimmt.
29. 29. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß man die Abtastung der Probe in der Y-Richtung durch Wahl der Frequenz der oszillierenden magnetischen Energie auf einen neuen Wert von to_o neu einstellt, womit die Resonanzdomäne an eine solche Stelle verlagert wird, an der die resultierende statische Magnetfeldstärke einen Wert IH | hat, der der Gleichung (1) für den neuen Wert von tu _Q genügt.
30. 30. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet dadurch, daß die Fokussierung der oszillierenden magnetischen Strahlung mit der Frequenz CJ derart gewählt wird, daß sich eine maximale Intensität entlang eines Bleistiftstrahles in der Y-Richtung ergibt und die Probe eine Abtastung in der Y-Richtung entlang dem Bleistiftstrahl erfährt.
31. 31. Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet dadurch, daß die Abtastung entlang dem Bleistiftstrahl schrittweise durchgeführt wird. . i
32. 32. Verfahren nach Anspruch 31, gekennzeichnet dadurch, daß eine zunehmende Bewegung der Probe bezüglich des Bleistiftstrahls in X-Richtung bis zu einer bestimmten Entfernung immer dann vorgenommen wird, wenn eine Abtastung der Probe entlang dem Bleistiftstrahl vorgenommen worden ist, so daß

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    ein Netz von Werten der Kernresonanz eines Querschnittes in einer Y-X-Ebene der Probe zu erhalten ist.
33. 33. Verfahren nach Anspruch 32, gekennzeichnet dadurch, daß eine Bildwiedergabe des Netzes der Werte vorgenommen wird/ um ein sichtbares Bild der Abtastung zu erhalten.
34. 34. Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet dadurch, daß ein Paar sich einander schneidender, durchdringender

    im wesentlichen zueinander orthogonaler ebener Spulen verwendet wird, wobei die Schnittlinie in Y-Richtung verläuft, um einen Bleistiftstrahl entlang dieser Schnittlinie zu bilden.
35. 35. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß ein Paar ringförmige supraleitende Magnetspulen oder
    superleitende Magnete verwendet werden, die axial mit der
    Z-Achse ausgerichtet sind und sich in einem Abstand voneinander befinden, der einer Helmholtz-Spulen-Anordnung entspricht, um ein primäres statisches Magnetfeld zu erzeugen, in dem die
    Probe zwischen den ringförmigen supraleitenden Spulen bzw.
    Magneten angeordnet wird.
36. 36. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß feldfokussierende Spulen für das fokussierende statische Magnetfeld verwendet werden.
37. 37. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens ein ebener permanenter Magnet verwendet wird, um das primäre statische Magnetfeld'zu erzeugen.
38. 38. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Probe ein lebendes Säugetier (bzw. Mamma ) ist, und daß die Werte der magnetischen Kernresonanz die Intensitäten der empfangenen Kernresonanzsignale, der Spin-Spin-Relaxationszeiten, der Spin-Gitter-Relaxationszeiten, der Spin-Häufigkeitsverteilungs-Werte und dem Diagramm Amplitude/Frequenz
    umfassen.

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39. 39. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß die ausgewählten Kernarten P³¹, K³⁹, Na²³, H¹, C¹³, N¹⁵,

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    N und O sind.

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