DE3202368C2 - Verfahren zur Bestimmung der Verteilung der Kernspindichte einer Probe - Google Patents

Abstract

Räumlich diskriminierte Informationen werden mittels einer geeigneten Verarbeitung von Daten gewonnen, die mit Hilfe eines Satzes von gepulsten kernmagnetischen Resonanzoperationen erzeugt werden, die mittels eines Magnetfeldes durchgeführt werden, welches einen linearen Gradienten besitzt, der bei jeder Operation eine andere Größe hat. Zur Gewinnung eines zweidimensionalen Bildes der Spindichteverteilung werden Spulensätze (5 und 6) benutzt, um Magnetfeldkomponenten zu erzeugen, die X- und Y-Gradienten liefern, wobei die Größe des ersteren schrittweise verändert wird, während der letztere unverändert bleibt. Für jeden Wert des X-Gradienten wird die Probe (1) mit gepulster hochfrequenter Energie bestrahlt, wobei die resultierenden kernmagnetischen Resonanzsignale mit Hilfe phasenempfindlicher Detektoren (19 und 20) nachgewiesen werden, deren Ausgangssignale auf regelmäßige Weise durch Analog-Digital-Umsetzer (25 und 26) abgetastet werden. Bei der Verarbeitung der vollständigen abgetasteten Daten mittels eines Rechners (12) wird sowohl eine Fourier-Transformation bezüglich der Größe des X-Gradienten als auch eine Fourier-Transformation bezüglich der Zeit durchgeführt. Sollen Querschnittsbilder gewonnen werden, wird ein dritter Spulensatz (7) benutzt, um eine Komponente zu erzeugen, die einen alternierenden Z-Gradienten liefert, und die Bestrahlung erfolgt mit Hilfe einer Reihe von Impulsen.

Description

dadurch gekennzeichnet,

daß die Größe des Gradienten bei jeder Operation einen andere;: Wert hat und

daß auch eine Fouriertransformation bezüglich der Größe des Gradienten durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. ^ei dem dem homogenen Magnetfeld noch ein weiteres Magnetfeld Überlager! wird, das einen /weilen linearen Gradienten senkrecht zur Richtung des ersten Gradienten aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Sätze von Operationen durchgeführt werden, wobei die Größe des ersten Gradienten für jede Operation innerhalb eines Satzes und die Größe des zweiten Gradienten von Satz zu Satz einer anderen Wert hat, und

daß eine zweidimensionale Fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten und zweiten Gradienten durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem homogenen Magnetfeld zwei weitere Magnetfelder überlagert werden, die einen zweiten und einen dritten linearen Gradienten senkrecht zueinander und zur Richtung des ersten Gradienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Reihen von Sätzen von Operationen durchgeführt werden, wobei die Größe des ersten Gradienten für jede Operation eines Salzes, die Größe des zweiten Gradienten von Satz zu Satz und die Größe des dritten Gradienten von Reihe zu Reihe einen anderen Wert hat, und
daß eine dreidimensionale Fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten, des zweiten und des dritten Gradienten durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem homogenen Magnetfeld noch ein weiteres Magnetfeld überlagert wird, das einen zweiten linearen Gradienten senkrecht zur Richtung des ersten Gradienten aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Größe des ersten Gradienten bei jeder Operation einen anderen Wert hat und die Größe des

zweiten Gradienten bei alien Operationen die gleiche ist und

daß eine Fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten Gradienten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem homogenen Magnetfeld zwei weitere Magnetfelder überlagert werden, die einen zweiten und einen dritten linearen Gradienten senkrecht zueinander und zur Richtung des ersten Gradienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Sätze von Operationen durchgeführt werden, wobei die Größe des ersten Gradienten für jede Operation innerhalb eines Satzes und die Größe des zweiten Gradienten von Satz zu Satz einen anderen Wert hat und die Größe des dritten Gradienten bei allen Operationen die gleiche ist, und
daß eine zweidimensionale Fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten und zweiten Gradienten durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Verteilung der Kernspindichte einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist in Electro/78 Conference Record, May 1978, S. 1 bis 15, erläutert. Dort sind verschiedene Verfahren angegeben, mit denen die Kernspindichte-Verteilung in einer Probe erhalten werden kann. Bei einigen der Verfahren werden lineare Magnetfeld-Gradienten einem homogenen Magnetfeld überlagert. Eine Probe wird mit einem Impuls bestrahlt, um kernmagnetische Resonanz zu induzieren, wobei das folgende freie Induktionssignal, das abgetastet bzw. erfaßt werden kann, einer Zeit/Frequenz-Fouricrininsformation unterworfen wird, um so ein Frequenzspektrum zu erhalten, das der räumlichen Auflösung in Richtung des Gradienten entspricht. Unl..:r anderem ist ein weiter unten näher erläutertes Verfahren gemäß Lauterbur erwähnt.

Die EP 0 021 535 erläutert ein Verfahren zur Bestimmung der Kernspindichte-Verteilung, bei dem ein Impuls zur Erregung von Kernspins in einer Schicht eines Körpers verwendet wird und bei dem das anschließende freie Induktionssignal bei Vorliegen von zwei zueinander senkrechten Magnetfeld-Gradienten periodisch abgetastet wird, wobei eines der Felder stationär und das andere zweitabhängig amplitudenmoduliert ist. Die Abtastung bzw. Erfassung findet bei Vorliegen des sich zeitabhängig ändernden Gradienten statt.

Solche Verfahren werden auch als Signalcodierungsverfahren bezeichnet. Bei ihnen ist das kcrnmagnctischc Resonanzsystem so ausgebildet, daß die von der Probe gewonnenen Signale untcrsehcidbarc Informationen über verschiedene Teile der Probe oder verschiedene Teile eines Bereiches der Probe enthalten, wobei der Bereich mit Hilfe eines räumlichen Auswahlprinzips wählbar ist.

ho Diese Signalcodierungsvcrfahren haben Nachteile, die sich insbesondere bei großen Proben bemcrkbur machen. Bei der praktischen Anwendung sind häufig sehr schnelle Änderungen bezüglich einer bestimmten Komponente des auf die Probe einwirkenden Magnctfeldes erforderlich, und zwar häufig mit der weiteren Forderung, daß das Magnetfeld in allen Teilen der Probe innerhalb sehr kurzer Zeit nach der Änderung stabil sein muß. In anderen Fällen muß zur Entstehung eines

einwandfreien Bildes das auf die Probe einwirkende Magnetfeld sehr genau geregelt werden (vgl. Lauterbur in »Nature«, Bd. 242,1973, S. 190 bis 191). Kernmagnetische Resonanzspektren werden dabei aus einer einem Magnetfeld ausgesetzten Probe gewonnen, das eine nicht homogene Komponente aufweist, die einen linearen Gradienten verursacht. Jedes Spektrum entspricht einer eindimensionalen Projektion der Kernspindichte in der Probe, und zwar unter Integrierung über Ebenen, die senkrecht zur Gradienten-Richtung verlaufen. Um zwei- oder dreidimensionale Bilder zu erhalten, werden Spektren für einen Satz von verschiedenen Richtungen des Gradienten erzeugt und werden die erhaltenen Ergebnisse einem »Bildrekonstruktions«-Verfahren unterworfen. Fehler im Magnetfeld führen zu einer Verschlechterung der Bildschärfe.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß für eine Probe verschiedene Arten von räumlich unterscheidbaren Informationen gewonnen werden und insbesondere Abbilder erreichbar sind, die hohe Auflösung und niedrige Unscharfe besitzen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Wesentlich bei der Erfindung ist also, daß eine systematische Veränderung der Größe des Gradienten bei festgehaltener Orientierung und eine damit verbundene Fouriertransformation bezüglich der Größe des Gradienten durchgeführt wird.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet. Insbesondere ist die Erfindung für sowohl ein- als auch zwei- als auch dreidimensionale Bestimmung der Verteilung der Kernspindichte einer Probe anwendbar.

Zweckmäßig wird zunächst grundsätzlich die Art der !nlormiitioncn erläutert,die sich gewinnen lassen, indem man die Daten, welche in der erwähnten Weise mittels eines einzigen Satzes von Operationen gewonnen werden, einer Fouriertransformation bezüglich der Größe des Feld-Gradienten unterzieht, wobei angenommen ist, daß das Magnetfeld, von der erwähnten iiicht homogenen Komponente abgesehen, gleichförmig ist. Hierzu ist es zweckmäßig, mit H den Wert des Magnetfeldes an einem Punkt innerhalb der Probe derart zu bezeichnen, daß H bei jeder beliebigen Operation innerhalb des Satzes gleich ίίο+gx ist, wobei g die Gtöße des Feld-Gradienten bei der betreffenden Operation bezeichnet, während H₀ den Wert bezeichnet, den das Feld beim Fehlen der nicht homogenen Komponente aufweisen würde, und wobei xden Abstand des jeweiligen Punktes von der zur Richtung des Gradienten senkrechten Ebene bezeichnet, für die H= Ho ist; der Einfachheit halber wird für die Zwecke der hier zu gebenden Erläuterung angenommen, daß weder g noch χ einen negativen Wert annehmen. Das kernmagnetische Resonanzsignal, das sich aus dem Vorhandensein der jeweiligen Kernspe/.ies an dem fraglichen Punkt ergibt, hat somit eine Winkelfrequenz entsprechend y(Ho + gx), wobei γ das gyromagnetische Verhältnis bezeichnet, und dieses Signal verursacht eine Komponente der Form [A cos (ygxtj] in den Signalen, die durch den kohärenten Nachweis der von der Probe abgegebenen Signale gewonnen werden. Aus der mathematischen Äquivalenz der Variablen g und t ergibt sich, daß der Wert dieser Komponente für bestimmte Werte von t und g betrachtet werden kann entweder als ein Abtastwert eines konventionellen Signals innerhalb des Zti.bereiches für den jeweiligen Wert von #oder als Abtastwert eines gedachten Signals in einem Gradienten-Größenbereich für den jeweiligen Wert von i, wobei beide Signale natürlich einem bestimmten Wert von χ zugeordnet sind.

Nunmehr sei auf die Daten eingegangen, die in dem hier besprochenen Fall durch eine Erfassung (Abtastung) gewonnen werden, wobei der Einfachheit halber angenommen sei. daß der kohärente Nachweis nur unter Benutzung eines einzigen phasenempfindlichen Detektors durchgeführt wird. Die Daten bestehen aus

ίο MxN Zahlen, wobei M die Anzahl der Operationen bezeichnet, während N die Anzahl der Zeitintervalle bezeichnet, für welche bei jeder Operation Erfassungswerte gewonnen werden; es ist daher zweckmäßig, die Daten so zu betrachten, als ob sie in Form einer rechtekkigen Matrix dargestellt würden, zu der Zeilen gehören, welche den verschiedenen Werten von g bei dem Satz von Operationen entsprechen, sowie Spalten, die den verschiedenen Werten von t für den Satz vcn Zeitintervallen entsprechen. Es sei bemerkt, daß die Zahlen in jeder Zeile das Zeitbereichssignai für den jeweiligen Wert von g repräsentieren, während t»« Zahlen in jeder Spalte das Gradientengrößenbereichssigi.al für den jeweiligen Wert von t bezeichnen. Die übliche Fouriertransformation nach der Zeit würde natürlich bedingen, daß die Daten zeilenweise verarbeitet werden, doch kommt es im vorliegenden Fall auf ein Verfahren an, bei dem die Daten spaltenweise verarbeitet werden. Insbesondere ist es dadurch, daß man die Daten in jeder Spalte einer Fouriertransformation bezüglich g unterzieht, auf zweckmäßige Weise möglich, aus der Darstellung des Gradientengrößenbereichssignals in jeder Spalte eine Darstellung eines räumlichen Bereichssignals in Form eines Satzes von Zahlen zu gewinnen, welche die Werte des räumlichen Bcrcichssignals für

v, unterschiedliche Werte von χ angeben. Durch eine geeignete Durchführung der Fouriertransformation kann man erreichen, daß diese Werte für χ für jede Spalte die gleichen werden; es sei bemerkt, daß bei der Benutzung des bekannten Algorithmus für die schnelle Fouriertransformation die Verarbeitung eine Operation zum Verändern der Variablen umfassen muß, die entweder vor oder nach der Anwendung des Algorithmus für die schnelle Fouriertransformation durchgeführt werden kann. Die transformierten Daten können dann in einer zweiten rechteckigen Matrix dargestellt werden, wobei die Spalten wiederum den verschiedenen Werten von t entsprechen, während dagegen die Zeilen jetzt verschiedenen Werten von χ entsprechen. Somit repräsentieren die Zeilen in der zweiten Matrix die Zeitbereichssignale, weiche sich aus einem Satz von »Schichten« der Probe ergeben, die 2ur Richtung des Feld-Gradienten senkrechte Ebenen annähern.

Hieraus ist ersichtlich, daß es ein solches Verfahren ermöglicht, kernmagnetische Resonanzmessungen (die von sehr unterschiedlicher Art sein können wie bei den üblichen Untersuchungen mit gepulster kemmagnetischer Resonanz) durchzuführen, wobei man für jede der »Schichten« gesonderte Ergebnisse erhält. Lediglich als Beispiel sei der F .11 erwähnt, in dem es sich bei den Bestrahlungsimpuisen um 90°-Impulse handelt, die durch Intervalle getrennt sind, welche größer sind als die Spingitter-Relaxationszeit (Γι), und d?ß die Zeitintervalle innerhalb des Zeitbereiches so gewählt werden, daß die Zahlen in jeder Zeile der erwähnten zweiten Matrix da: freie InJ'iktionsabklingsigna! für die entsprechende Schicht der Probe repräsentieren; in diesem Fall kann man das kernmagnetische Resonanzspektrum für jede Schicht dadurch gewinnen, daß man die Daten

innerhalb der betreffenden Zeile der zweiten Matrix einer Fouriertransformation bezüglich t unterzieht.

Bei der vorstehenden Erläuterung war es zweckmäßig anzunehmen, daß die Transformation bezüglich der Größe des Feld-Gradienten zuerst durchgeführt wird; es sei jedoch betont, daß dies nicht unbedingt erforderlich ist, denn gleichwertige Ergebnisse lassen sich auch dann erzielen, wenn man die beiden Arten von Transformationen in umgekehrter Reihenfolge durchführt.

Die vorstehenden Darlegungen erläutern, auf welche Weise es möglich ist. Informationen zu gewinnen, die in einer einzigen Dimension räumlich diskriminiert sind. Es ist ohne weiteres möglich, die zugrunde liegenden Prinzipien so /u erweitern, daß eine räumliche Diskriminierung in zwei oder drei Dimensionen möglich ist; zu diesem Zweck wird dafür gesorgt, daß das Magnetfeld zwei oder drei nicht homogene Komponenten aufweist, die lineare P^M-C}rar\ipntp.n in zugehörigen Richtungen gegenüber der Probe verursachen, welche zueinander senkrecht sind; ferner werden bei der Probe entsprechende Operationen der gleichen Art durchgeführt wie bei dem beschriebenen eindimensionalen Fall. In dem zweidimensionalen Fall wird die Gesamtheit von Operationen so gewählt, daß sieh mehrere Sätze von Operationen derart ergeben, daß sich die Operationen jedes Satzes nur dadurch unterscheiden, daß die Größe eines ersten der Gradienten bei jeder Operation einen anderen Wert erhält und daß sich die betreffenden Sätze nur dadurch unterscheiden, daß die Größe des zweiten der Gradienten für jeden Satz einen anderen Wert annimmt; in dem dreidimensionalen Fall wird die Gesamtheil von Operationen so gewählt, daß sich mehrere Reihen von Sätzen ergeben, wobei die Sätze jeweils von der gleichen Art sind wie in dem zweidimensionalen Fall und die Größe des dritten der Gradienten von Reihe zu Reihe einen anderen Wert annimmt. Es sei bemerkt, daß die Größe des ersten Gradienten bei einer der Operationen jedes Salzes den Wert Null annehmen kann, daß die Größe des zweiten Gradienten bei einem der Sätze den Wert Null annehmen kann und daß in dem dreidimensionalen Fall die Größe des dritten Gradienten bei einer der Reihen den Wert Null annehmen kann. In beiden Fällen erfolgt die Verarbeitung der Daten, die aus der Gesamtheit der Operationen gewonnen werden, auf ähnliche Weise wie bei dem eindimensionalen Fall, doch wird die Fouriertransformation bezüglich der Größe des einzelnen Gradienten, die in dem eindimensionalen Fall angewendet wird, auf entsprechende Weise ersetzt, und zwar entweder durch eine zweidimensional Fouriertransformation bezüglich der Werte des ersten und des zweiten Gradienten oder durch eine dreidimensionale Fouriertransformation bezüglich der Werte des ersten, des zweiten und des dritten Gradienten. Wie in dem eindimensionalen Fall kann man somit Informationen gewinnen, welche die Zeitbereichssignale repräsentieren (oder die Frequenzbereichssignale, wenn bei der Verarbeitung ebenfalls eine Fouriertransformation bezüglich der Zeit erfolgt), welche sich aus einem Sa?z von verschiedenen Teilen der Probe ergeben: in dem zweidimensionalen Fall nähern sich diese Teile einer zweidimensionalen Anordnung von Linien an, die rechtwinklig zu den Richtungen der beiden Feid-Gradienten verlaufen, und in dem dreidimensionalen Fall nähern sich diese Teile einer dreidimensionalen Anordnung von Punkten an.

Um zwei- oder dreidimensionale Bilder der Spindichteverteilung in der Probe zu gewinnen, kann man die Prinzipien, auf denen die vorstehend beschriebenen Verfahren beruhen, auch in Verbindung mit dem bekannten Prinzip anwenden, gemäß welchem weitere lineare Feld-Gradienten verwendet werden, während das kernmagnetische Resonanzspektrum ermittelt wird, so daß verschiedene Spektralfrequenzen verschiedenen Punkten längs der Verlaufsrichtung der weiteren Feld-Gradienten entsprechen. Zu diesem Zweck wird dafür gesorgt, daß das Magnetfeld zwei oder drei nicht homogene Komponenten aufweist, die jeweils lineare FeId-Gradienten in zugehörigen Richtungen gegenüber der Probe verursachen, welche zueinander senkrecht sind. Zur Gewinnung zweidimensionalcr Bilder werden zwei Gradienten benutzt, und bezüglich der Probe wird ein Sat/ von Operationen durchgeführt, wie es in dem voi-

ΙΊ stehend behandelten allgemeinen eindimensionalen Fall geschieht, d. h. derart, daß sich die Operationen innerhalb des Satzes nur dadurch unterscheiden, daß die Größe eines ersten Gradienten für jede Operation einen anderen Wert erhält; auf diese Weise wird die Größe des zweiten Gradienten bei allen Operationen unverändert gehalten. Dadurch, daß man die aus dem gesamten Satz von Operationen gewonnenen Daten einer Verarbeitung unterzieht, bei der sowohl eine Fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten Gradienten als auch eine Fouriertransformation bezüglich der Zeit erfolgt, kann man Informationen gewinnen, die jeweils getrennt die Spektren für jede Schicht eines Satzes von Schichten der Probe repräsentieren, welche Ebenen annähern, die senkrecht zur Richtung des ersten Gradienten verlaufen; diese Informationen können ohne weiteres dargestellt werden, um ein zweidimensionales Bild der Spindichteverteilung in der Probe zu erhalten. Es sei bemerkt, daß es sich bei diesem Bild um ein Schattenbild der Verteilung handelt, das senkrecht zu den Richtungen des ersten und des zweiten Gradienten projiziert wird. Zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder werden drei Gradienten benutzt, und bezüglich der Probe werden mehrere Sätze von Operationen ebenso durchgeführt wie bei dem vorstehend behandelten allgemeinen zweidimensionalen Fall. d. h., es wird dafür gesorgt, daß sich die Operationen innerhalb eines Satzes nur dadurch unterscheiden, daß die Größe eines ersten Gradienten bei jeder Operation einen anderen Wert erhält und daß sich die betreffenden Sätze nur dadurch unterscheiden.

daß die Größe eines zweiten Gradienten von Satz zu Satz einen anderen Wert annimmt; somit wird die Größe des dritten Gradienten bei allen Operationen unverändert gehalten. Die Behandlung der Daten ähnelt in diesem Fall der Behandlung, die bei der Erzeugung zweidimensionaler Bilder erfolgt, wobei jedoch die fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten Gradienten durch eine zweidimensionale Fouriertransformation bezüglich der Größe des ersten und des zweiten Gradienten ersetzt wird, so daß die getrennt gewonnenen Informationen die Spektren für jeden Teil eines Salzes von Teilen der Probe repräsentieren, wobei sich eine Annäherung an eine zweidimensionale Anordnung von Linien ergibt, die senkrecht zu dem ersten und dem zweiten Gradienten verlaufen.

w) Die soeben beschriebenen Abbildungsverfahrcn bieten einen erheblichen Vorteil gegenüber Verfahren, bei denen eine Bildrekonstrukiion .stattfinde!, wie es bei dem erwähnten Verfahren von Lauterbur geschieht. Dies ergibt sich daraus, daß bei der Anwendung solcher

b5 Verfahren in dem Magnetfeld vorhandene Fehicr eine geometrische Verzerrung des Bildes statt eine Verschlechterung der Bildschärfe verursachen; in den meisten Anwendungsfällen ist der erstere Fehler erheblich

weniger schwerwiegend als der letztere.

ICs kann zweckmäßig sein, ein räumliches Wählprinzip in Kombination mit bestimmten der vorstehend bespi odienen Verfahren anzuwenden. Beispielsweise kann man bei tier zweidimcnsionalcn Abbildung ein derartiges Prinzip anwenden, um die relevanten Signale auf diejenit"-n zu beschränken, welche sich aus einem Ausschnitt der Probe ergeben, der eine Ebene annähen, welche parallel zu den Richtungen der beiden Feld-Gradienten verläuft; das Bild repräsentiert dann die Spindiehleverteilung in dem betreffenden Ausschnitt, anstatt daß es sich um ein Schattenbild der gesamten Probe handelt. Das räumliche Wählprinzip kann auch in Verbindung mildem einJimensionalen und dem zwcidimensionalen Fall allgemeiner kernmagnetischer Resonanzmessungen der vorstehend behandelten Art angewendet werden. Die räumliche Wahl kann mit Hilfe bekannter Hinrichtungen durchgeführt werden, z. B. unter Anwendung eines Verfahrens, wie es in der GB-PS IiOH 438 und der US-PS 40 15 196 beschrieben ist.

Wie bei den gebräuchlichen gepulsten kernmagnetischen Resonan/untersuchungen kann es zur Verbesserung des Rauschabslandes zweckmäßig sein, dafür zu sorgen, daß die Bestrahlung der Probe während jeder tier Operationen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Form einer Folge von Impulsen erfolgt, wobei die für jede Operation abgeleiteten Daten dadurch gewonnen werden, daß man das Mittel der Werte der betreffenden Sätze von Erfassungswerten über die gesamte Folge bestimmt. Die Verwendung einer Folge von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen während jeder Operation kann ferner zweckmäßig sein, um die Vorteile des Mehrfachseitenbandverfahrens zu erhalten, das bei dem Verfahren angewendet wird, welches in der GB-PS 16 01 816 und der US-PS 41 84 110 beschrieben ist.

Die Veränderungen bezüglich der Größe des bzw. der Magnetfeld-Gradienten, die bei der Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich sind, brauchen nicht mit einer Geschwindigkeit herbeigeführt zu werden, die in der Größenordnung liegt, wie sie bei manchen bekannten Verfahren erforderlich ist, bei denen nach dem Signalcodicrungsprinzip gearbeitet wird. Zwar wird es normalerweise zweckmäßig sein, den b/.w. jeden Feld-Gradienten während der Durchführung jeder der genannton Operationen konstant zu halten, wobei die jeweiligen Änderungen der Größe des Gradienten zwischen aufeinanderfolgenden Operationen stattfinden, doch ist auch daran gedacht, daß es in manchen Fällen möglich sein kann, einen kontinuierlichen Durchlauf der Größe des Gradienten vorzusehen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Abbildungssystems aufgrund kernmagnetischer Resonanz, das die Erfindung verwendet,

F i g. 2 im Teilschnitt und perspektivisch den inneren Aufbau eines Teils des in F i g. 1 dargestellten Systems,

F i g. 3a bis 3d schematische, perspektivische Darstellungen von Anordnungen von vier Spulensätzen, die bei dem Abbildungssystem verwendet werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß eine zu untersuchende Probe Wasser in ungleichmäßiger Verteilung enthält, wobei eine einzige schmale kernmagnetische Resonanzspektrallinie aufgrund einer Protonenresonanz resultiert Das Abbildungssystem ist so ausgebildet, daß es die Erzeugung zweidimensionaler Bilder dieser Verteilung ermöglicht; wie im folgenden näher crliiulert, kann es sich bei diesen Mildern entweder um Schattenbilder der gcsn ■ ^n Probe oder um Bilder jeweils eines Ausschnittes der Probe handeln.
^r) Gemäß F i g. I und 2 ist eine Probe I in einem gleichmaßigen stabilen Magnetfeld angeordnet, tlas durch einen Magneten 2 erzeugt wird, zu dem gemäß 1·' i g. 2 ein Satz von vier gleichachsigen Spulen 2;i. 2b, 2c und 2c/ gehört. Der Wert Hy des Magnetfeldes wird mit etwa 0.12 Tesla gewählt· dieser Wert entspricht einer Protonenresonanzfrequenz von etwa 5 MHz, denn bei Protonen ist das gyromagnetische Verhältnis mit //2.T = 42,6 MHz/Tesla gegeben. Bei der weiteren Betrachtung der geometrischen Verhältnisse der Anordnung ist es zweckmäßig, ein Cartesisches Koordinatensystem so festzulegen, daß seine Z-Achse mit der Achse der Spulen 2a bis 2d zusammenfällt, d. h., parallel zur Richtung des Magnetfeldes verläuft, wobei der Koordinatenursprung in der Mitte zwischen den Spuien 2ö und 2c liegt.

Die Probe 1 ist im wesentlichen zentral gegenüber der Z-Achse so angeordnet, daß der Ursprungspunkt innerhalb der Probe I liegt; wenn ein Ausschnittsbild gewonnen werden soll, ordnet man die Probe 1 so an, daß der interessierende Ausschnitt der Ebene κ = 0 entspricht.

Im zentralen Teil des Magneten 2 isi derail, daß die Probe 1 umschlossen ist. ein Spulcnsatz 3 angeordnet, der dazu dient, die Probe 1 mit hochfrequenter Energie zu bestrahlen und kernmagnetische Resonanzsignale aus der Probe 1 aufzunehmen. Der Spulensatz 3 ist so ausgebildet, daß das hochfrequente Magnetfeld senkrecht zur Z-Achse ausgerichtet ist; um Eindeutigkeit zu gewährleisten, wird angenommen, daß das hochfrequente Magnetfeld parallel zur -Y-Achse verläuft. F i g. 3a zeigt weitere Einzelheiten des Spulensatzes 3, zu dem zwei einander ähnelnde Schleifen 3a und 3b gehören, die gegenüber der Ebene x=0 spiegelbildlich zueinander angeordnet sind; jede der Schleifer. 3a und 3b ist symmetrisch zu der Ebene y=0 angeordnet und besteht aus zwei geraden Abschnitten, die sich parallel zur Z-Achse erstrecken, sowie aus zwei kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitten, die in Ebenen liegen, welche senkrecht zur Z-Achsc verlaufen und von der F.benc y. = 0 gleich weit entfernt sind. Die Schleifen 3;/ und 3b sind elektrisch in Reihe geschaltet; die F'lußrichtung des Stroms ist in F i g. 3a durch Pfeile bezeichnet.

Der Spulensatz 3 ist von einem rohrförmigen Formkörper 4 aus unmagnetischem Isoliermaterial umgeben, auf den drei Gradientenspulensätze 5,6 und 7 aufgewikkelt sind, welche dazu dienen, d.e Probe 1 nicht homogenen Magnetfeldern auszusetzen, welche dem durch den Magneten 2 erzeugten Hauptfeid überlagert werden. Der Deutlichkeit halber sind die Spulensätze 5,6 und 7 in Fig.2 fortgelassen und ist ihr Aufbau in Fig.3b, 3c bzw. 3d gesondert dargestellt. Die Spulensätze 5, 6, 7 sind so ausgebildet, daß in der Nähe des Koordinatenursprungs das durch jeden Spulensatz 5,6,7 erzeugte Feld eine zur Z-Achse parallele Vektorkomponente aufweist, die eine Intensität besitzt, welche längs der X-, Y- und Z-Achse für die Spulensätze 5, 6 bzw. 7 monoton variiert, jedoch unabhängig von der Lage parallel zu den jeweils beiden anderen Achsen. Mit anderen Worten, die durch die Spulensätze 5, 6 und 7 erzeugten nicht homogenen Felder weisen in den drei zueinander senkrechten Richtungen parallel zu der X-Achse bzw. der

ö5 y-Achse bzw. Z-Achse Gradienten auf; die Gradienten müssen innerhalb der gesamten Probe 1 in der X-Richtung und der K-Richtung linear sein, doch ist dies für die Z-Richtung nicht unbedingt erforderlich. Der Spulen-

sat/. 5 umfaßt gemäß F i g. 3b vier einander ähnelnde Schleifen 5a, 5b, 5c und 5d, die jeweils den Schleifen 3a und 3b nach Fig. 3a ähneln; jede der Schleifen 5a bis 5c/ ist wieder symmetrisch zu der Ebene y=0 so angeordnet, daß die geraden Abschnitte parallel zur Z-Achse verlaufen; die Schleifen 5a bis 5c/sind ferner so angeordnet, daß die Schleife 5a das Spiegelbild der Schleife 5b bezüglich der Ebene z=0 und das Spiegelbild der Schleife 5c bezüglich der Ebene x=0 bildet, während die Spule 5c/das Spiegelbild dp.r Spule 5b bezüglich der Ebene Jr=O und das Spiegelbild der Spule 5c bezüglich der Ebene z=0 bildet. Die Schleifen 5a bis 5c/sind elektrisch in Reihe geschaltet; in Γ i g. 3b ist die Richtung des Stromflusses durch Pfeile bezeichnet. Der Spulensatz 6 ähnelt dem Spulensatz 5, doch sind hierbei die Koordinaten X und Vmiteinander vertauscht. Der Spulensatz 7 hai die Form eines entgegengesetzt gewickelten Spulenpaares nach Humholtz; die Spulen 7a und 7b dieses Satzes sind im wesetiiiiciicn in Ebenen angeordnet, die senkrecht zur Z-Achsc verlaufen, wobei ihre Mittelpunkte auf dieser Achse liegen und die Ebenen gleich weit von der Ebene /=°0 entfernt sind. Es sei bemerkt, daß die durch die Spulcnsäi/.e 5, 6 und 7 erzeugten Felder in den Ebenen x = 0, y=0 und z = 0 jeweils den Wert Null haben.

Beim Erzeugen eines Bildes wird ein Satz von Operationen durchgeführt, wobei Gleichströme durch die Spulensätze 5 und 6 geschickt werden, wobei sich die Werte des Stroms, welcher dem Spulensatz 5 zugeführt wird (und daher auch die Werte des Feld-Gradienten in der X-Richtung), für jede Operation des Satzes unterscheiden, wobei jedoch der Wert des dem Spulensatz 6 zugeführten Stroms (und daher auch die Werte des Feld-Gradienten in der K-Richtung) bei allen diesen Operationen unverändert bleibt. Der Spulensatz 7 wird nur dann benutzt, wenn ein Ausschnitt-Abbild gewonnen werden so!!. Dieser Fa!! wird weiter unten betrachtet; zunächst sei jedoch in der folgenden Beschreibung angenommen, daß ein Schattenbild erzeugt werden soll, so daß man das Vorhandensein des Spulensat/.es 7 vernachlässigen kann. Somit hat im Fall eines Schattenbildes für jede gegebene Operation des Satzes die zur Z-Achsc parallele Komponente des gesamten Magnetfeldes an jedem beliebigen Punkt innerhalb der Probe 1 einen Wert entsprechend dem Ausdruck H₀+gx + hy, in v, dem g die Größe des X-Gradienten für die betreffende Operation und h die Größe des V-Gradienten bezeichnet; die entsprechende Resonanzfrequenz ist natürlich durch den Ausdruck

y(H₀ + gx + hy) I2.r

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gegeben. Es ist zweckmäßig, h als positiv anzunehmen, doch können x, y und g entweder positiv oder negativ sein. Nimmt man an, daß die Dimensionen der Probe 1 derart sind, daß | χ | und | y | niemals größer ist als eine Größe L und daß der höchste Wert von \g\ für jede Operation des Satzes mit G gegeben ist, sind der höchste und der niedrigste mögliche Wert der Resonanzfrequenz in der Probe 1 durch den Ausdruck {γΗοΙ2π)± F gegeben, wobei Fgleich y(G+ h)LJ2.Tist.

Gemäß F i g. 1. wo die sich aus den Elementen 2 bis 7 zusammensetzende Baugruppe insgesamt mit 8 bezeichnet ist. wird der dem Spulcnsal/. 6 zuzuführende Strum einer Gleichstromquelle 9 entnommen, während ti der Strom für den Spulcnsal/. 5 dem Ausgang eines Gleichslromversiärkers 10 entnommen wird, dessen Eingang an den Ausgang eines Digitai-Analog-Umsetzers 11 angeschlossen ist, mit dessen Eingang ein Rechner 12 verbunden ist, welcher ein Digitalsignal erzeugt. Bezeichnet man die Anzahl der Operationen innerhalb des genannten Satzes mit 2P, wird beim Ableiten eines Abbildes der Wert des Digitalsignals veranlaßt, nacheinander 2P verschiedene Zahlenwerte anzunehmen, die insgesamt den Satz bilden, welcher sicii von —P bis P- 1 erstreckt. Somit kann man für den Wert von g den Ausdruck π\Δ g setzen, wobei Ag positiv ist und m bei jeder Operation des Satzes einen anderen Wert entsprechend einer dieser 2P Zahlen annimmt; es sei bemerkt, daß g bei einer Operation des Satzes den Wert Null hat und daß der Wert von G gleich PAg ist. Es wird dafür gesorgt, daß die Änderungen des Wertes des Digitalsignals in regelmäßigen Intervallen auftreten, deren Dauer größer ist als die Spin-Gitter-Relaxationszeit T de- in der Probe 1 enthaltenen Protonen; natürlich ist es zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, dafür 7.ü sorgen, daß sich der Wer: von ;;; in jedem Fall im gleichen Sinne um eine Einheit verändert. Bei zahlreichen Arten von Proben kann die Dauer der Intervalle zwischen den Änderungen des Wertes des Digitulsignals zweckmäßig im Bereich von OJ bis I s liegen.

Wie weiter unten unhand von F i g. 1 näher erläutert, wird bei jeder Operation des Satzes die Probe 1 mit einem oder mehreren Impulsen hochfrequenter Energie bestrahlt, deren Frequenz dem Ausdruck yHolTjr entspricht, wobei die Amplitude und die Hochfrequenzphase für jeden Impuls innerhalb des gesamten Satzes von Operationen gleich sind und wobei die zeitliche Lage des bzw. jedes Impulses gegenüber den Intervallen, in denen die Änderungen bezüglich des Wertes des digitalen Signals auftreten, für alle Operationen des Satzes die gleichen sind. Es wird dafür gesorgt, daß jeder Impuls hinreichend kurz ist, um zu gewährleisten, daß bei allen Operationen des Satzes eine wirksame Bestrahlung bei allen möglichen Werten der Resonanzfrequenz einer Kernspezies der Probe 1 stattfindet; daher darf die Dauer jedes Impulses den Wert '/>Fnicht wesentlich übcrschreiten. Man wählt die Dauer und die Amplitude der Impulse derart, daß jeder Impuls eine l>chung der Kernmagnetisierung in der Probe 1 in der Größenordnung von 90° verursacht. Die resultierenden kcrnmagnetischen Rcsonanzsignale, die von der Probe 1 aufgcnomn.cn werden, werden einem kohärenten Nachweis unter Benutzung des Phascnquadratur-Nachwcissystems unterzogen. Die nachgewiesenen Signale enthalten natürlich Komponenten, deren Frequenzen dem Unterschied zwischen yHo/2sr und den in der Probe auftretenden Resonanzfrequenzen entsprechen; die maximale Frequenz dieser Komponenten hat den Wert F. Bei diesen Komponenten handelt es sich um Übergangskomponenten, wenn mit dem freien Induktionsabklingverfahren gearbeitet wird, d. h, wenn bei jeder Operation entweder ein einziger Impuls oder eine Folge von Impulsen verwendet wird, welch letztere sich in Intervallen wiederholen, die länger sind als T_x. Ein höherer Wirkungsgrad bezüglich der Erfassung der Daten läßt sich jedoch erzielen, wenn man bei jeder Operation eine Folge von Impulsen verwendet, die sich regelmäßig in Intervallen wiederholen, welche im Vergleich zu der Spin-Spin-Relaxationszcit Tj der Protonen in der Probe 1 kurz sind; in diesem Fall wird in der Probe 1 ein quasi-stetiger Magnctisierungszustand herbeigeführt, und bei den jeweiligen Komponenten in den erfaßten Signalen handelt es sich um im wesentlichen kontinuierliche Wellenkomponenten. In jedem Fall werden während einer Periode, die unmittelbar auf jeden Impuls

folgt, die nachgewiesenen Signale in einer gleichmäßigen Reihe von Zeitintervallen erfaßt (abgetastet), die έ m Ausdruck t = nAt entsprechen, wo t die Zeit repräsentiert, welche vom Mittelpunkt der Dauer des Impulses aus gemessen wird, und wobei η eine ganze Zahl bezeichnet, die sich innerhalb des Satzes von 1 bis N ändert, wobei N eine gerade Zahl bezeichnet. Um das Abtasithcorcm zu befriedigen, darf das Abtaslinlervall At nicht langer sein als V₂F. Eine entsprechende Einschränkung gilt für die Größe von Ag, dessen Wert hinreichend klein sein muß, um zu gewährleisten, daß bei jedem Wert von η die abgetasteten Daten, die als Funktion von g behandelt werden, nicht mehr als eine Periode durchlaufen d'irfen, wenn sich g um 2Ag ändert; daher ist es erforderlich, daß Ag nicht größer ist als .τ/ rl.NAi.

Die vorstehenden Ausführungen lassen sich auf zweckmäßige Weise illustrieren, indem man geeignete Zahlenwerte für die jeweiligen Parameter eines bestimmten Falles angibt. Für diesen Fall sei entsprechend der üblichen Praxis angenommen, daß N den Wert 2P hat, d. h., daß die Anzahl der Zeitintervalle gleich der Anzahl der Operationen innerhalb des Satzes ist, und h wird so gewählt, daß es gleich C ist, d. h., daß die Größe des V'-Gradienten gleich dem höchsten Absolutwert der Größe des ,Y-Gradienten ist. Aus den vorstehend genannten Ausdrucken läßt sich ohne weiteres ableiten, daß in diesem Fall die für Ag und At genannten Bedingungen bezüglich ihrer Begrenzung beide dadurch erfüllt werden, daß man dafür sorgt, daß AgAt gleich .r/2yPL ist. Ferner sei angenommen, daß die Abmessungen der Probe 1 in jeder zur Z-Achsc parallelen Ebene 20 χ 20 cm nicht überschreiten, so daß man für L den Wert 10 cm ansetzen kann. Die Wahl von P für einen gegebenen Wert von L richtet sich nach dem geforderten Auflösungsgrad des Bildes-, wählt man den Wert 128,

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0,8 χ 0,8 mm. Wählt man für At einen Wert von 20 μβ, kann man die genannten Bedingungen für Ag und At befriedigen, indem man für Ag den Wert 0,229 μΤε5ΐ8/ cm wählt. Die Werte von C und h werden dann knapp unter 0,03 m Tesla/cm liegen, wobei sich für Fder Wert 25 kHz ergibt. Somit kann man für jeden Impuls zweckmäßig eine Dauer von 20 μβ vorsehen. Es ist ersichtlich, daß man bei diesen Werten einen brauchbaren Wert von etwas über 5 ms für die Zeitsteuerung des letzten Abtast-Zeitintervalls erhält, die durch NAt gegeben ist. Wenn es erwünscht ist, bei jeder Operation eine Folge von sich schnell wiederholenden Impulsen zu verwenden, kann man in diesem Fall zweckmäßig eine Impulswiederholfrequenz entsprechend dem Ausdruck UiNAt wählen, so daß man einen Wert von knapp unter 100 Hz erhält.

Gemäß F i g. 1 wird die hochfrequente Energie zum Bestrahlen der Probe 1 einem Hauptoszillator 13 entnommen, der eine Frequenz entsprechend dem Ausdruck ;Ήο/2λγ liefert. Ein Ausgangssignal des Oszillators 13 wird einem Zeitgeber 14 zugeführt, der verschiedene Zeitsteuer- bzw. Taktsignale erzeugt, welche bei dem System in Abhängigkeit von der Zählung der Schwingungsperioden verwendet werden. Ein weiteres Ausgangssignal des Oszillators 13 wird einem Gatter 15 zugeführt, das durch Signale des Zeitgebers 14 gesteuert wird, wobei das Gatter 15 jeweils eingeschaltet wird, um die benötigten Impulse zu erzeugen. Diese impulse werden einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker 16 zugeführt, dessen Ausgangssignal über einen Richtkoppler 17 dem Spulensatz 3 zugeführt werden. Die durch die Spulen des Spulensatzes 3 aufgenommenen, kernmagnetischen Resonanzsignale werden über den Richtkoppler 17 einem gattergesteuerten, rauscharmen Verstärker 18 zugeführt, der während jedes Hochfrequenzimpulses mit Hilfe eines Signals abgeschaltet wird, das ihm durch den Zeitgeber 14 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird zwei gleichartigen phasenempfindlichen Detektoren 19 und 20 zugeführt, für die die zugehörigen Bczugssignale dem Os/.illator 13 entnommen werden; somit wird ein Ausgangssignal des Oszillators 13 einem verstellbaren Phasenschieber 21 und einem diesem nachgeschütteten 90°-Phasenschicber 22 zugeführt, und die Ausgungssignc'c dieser beiden Phasenschieber 21, 22 liefern die Bezogssignale für die Detektoren 19 und 20, so daß diese mit einer Phasenverschiebung um 90" arbeilen. Die Ausgangssignale der Detektoren 19 und 20 werden über identische Tiefpaßfilter 23 und 24 mit einer Grenzfrequcfiz von etwas oberhalb von F zwc; identischen Analog/Digital-Umsetzern 25 und 26 zugeführt, die durch Taktsignale des Zeitgebers 14 gesteuert werden, um die nachgewiesenen Signale in den erforderlichen Zeitspannen abzutasten, d. h. zu erfassen. Die resultierenden Digitalsignale, welche die erfaßten Werte repräsentieren, werden dem Rechner 12 zugeführt, um auf eine noch zu erläuternde Weise verarbeitet zu werden.

In Fällen, in denen man für jede Operation des Satzes mehr als einen Impuls benötigt, werden während des ersten Stadiums der Verarbeitung die abgetasteten Werte Zeitintervall für Zeitintervall bei jeder Operation addiert, so daß man bei jeder Operation für jedes Zeitintervall einen Mittelwert erhält. Dieser Schritt wird natürlich nicht benötigt, wenn bei jeder Operation nur ein einziger Impuls verwendet wird. In jedem Fall steht somit ein Satz von 2PN Zahlenpaaren zur Verfügung, wobei die Zahlen jedes Paares jeweils den beiden Signalkanälen entsprechen: bei der weiteren Verarbeitung werden die Zahlen jedes Paares jeweils als reale bzw. imaginäre Teile einer k<. mplexen Zahl behandelt, die man zweckmäßig mit S_mn bezeichnet, wobei die Indices m und π die betreffende Operation und das betreffende Zeitintervall bezeichnen. Die Daten, welche durch die 2PN komplexen Zahlen gebildet werden, wenden einer Fouriertransformation bezüglich der Größe des X-Gradienten unterzogen. Zu diesem Zweck werden die Werte der komplexen Zahlen f_r„ berechnet, die durch den nachstehenden Ausdruck gegeben sind:

S_mnexp(-iynAtmAgrAx).

Dieser Ausdruck gilt für alle Werte von π zwischen 1 und N sowie für alle Werte von r zwischen — P und P— 1, wobei Ax gleich UP ist. Zwar kann man die Berechnung beschleunigen, indem man den Algorithmus für die schnelle Fouriertransformation benutzt, doch muß man in diesem Fall auch eine Variablenänderungs-Operation durchführen. Die Daten, die durch die 2PN komplexen Zahlen (_m gebildet werden, werden dann der Fouriertransformation bezüglich der Zeit unterzogen. Zu diesem Zweck werden die Werte der komplexen Zahlen F_n berechnet die durch nachstehenden Ausdruck gegeben sind:

Fn= η 2 fm exp (-iynAthsAy).

Dieser Ausdruck gilt für alle Werte von r zwischen — P und P— 1 sowie für alle Werte von s zwischen — N/2 und (N/2)-1, wobei Ay gleich 2L/N ist. Die Daten, die durch die 2PN korn; Jexen Zahien F_n gebildet werden, werden dann mittels eines Algorithmus verarbeitet, wie er bei bekannten kernmagnetischen Resonanzuntersuchungen gebräuchlich ist, um alle erforderlichen Korrekturen bezüglich der Signalphasen durchzuführen. Die reelle (in Phase befindliche) Komponente der endgültigen Daten, die einem Absorptionsspektrum entspricht, wird beibehalten, während die imaginäre (nicht in Phase befindliche) Komponente, die einem Dispersionsspektrum entspricht, verworfen wird. Somit erhält man einen Satz von 2PN reellen Zahlen An, die jeweils für einen Wert von χ=γΔχ und einen Wert von y=sdy den Wassergehalt der Probe 1 nach einer Integration in der Z-Richtung repräsentieren. Diese Zahlen werden benutzt um den Betrieb einer Abbildungseinrichtung 27 (Sichtgerät) so zu steuern, daß das gewünschte Schattenbild erzeugt wird. Zu der Abbildungseinrichtung 27 kann z. B. eine Speicherkathodenstrahlröhre gehören, die so betrieben wird, daß sie eine rechteckige Anordnung von 2PxN Punkten erzeugt, deren Helligkeitswerte jeweils entsprechend den Zahlen A_n eingestellt sind.

Bei dem alternativen Fall, in dem ein Ausschnitt-Abbilc gewonnen werden soll, wird für jede Operation des Satzes eine Folge von sich schnell wiederholenden Impulsen verwendet und wird dem Spulensatz 7 ein sinusförmiger niederfrequenter Strom zugeführt, der einer Wechselstromquelle 28 entnommen wird, um einen systematisch variierenden Feld-Gradienten in Z-Richtung zu erzeugen. Es sei bemerkt, daß bei dieser Anordnung bei jeder Operation des Satzes die gesamte Stärke des Magnetfeldes innerhalb einer dünnen Schicht der Probe 1, die sich der Ebene z=0 annähert, als Funktion der Zeit im wesentlichen konstant ist, sich jedoch in Abhängigkeit von der Zeit an allen Punkten der Probe 1 außerhalb der erwähnten Schicht erheblich verändert; innerhalb der Schicht hat die zur Z-Achse parallele Komponente des gesamten Magnetfeldes natürlich einen Wert, welcher der gleiche ist wie der vorstehend für den Fall des Schattenbildes angegebene, d. h„ den Wert Ho + gx+hy. Die wirksame Dicke der Schicht variiert im umgekehrten Verhältnis zur Amplitude des dem Spulensatz 7 zugefühnen Stroms, und man kann z. B. eine Dicke von etwa 2 mm wählen, wenn der Strom derart ist, daß der Spitzenwert des Z-Gradienten in der Größenordnung von lO-^Tesla/cm liegt. Die Frequenz des dem Spulensatz 7 zugeführten Stroms wird so gewählt, daß in den Teilen der Probe t, die außerhalb der gewählten Schicht liegen, eine erhebliche Änderung zwischen aufeinanderfolgenden Intervallen zwischen den Impulsen bezüglich des Mittelwertes des Magnetfeldes im Verlauf jedes Intervalls eintritt; dies bedeutet, daß niemals ein Gleichlauf oder eine einer Harmonischen niedriger Ordnung entsprechende Beziehung zwischen der Impulswiederholfrequenz und der Frequenz des dem Spulensatz 7 zugeführten Stroms auftreten darf. Die genannte Frequenz kann z. B. zweckmäßig etwa 70 Hz betragen, während bei dem vorstehend behandelten Fall die Impiilswicderholfrequen/ einen Wen von ctwii KX) Uz hai.

In allen übrigen Punkten urfoigi die Ableitung des Aus.sehnillbikles ebenso, wie es vorstehend für den Fall eines Schattenbildes beschrieben wurde, wobei das erste Stadium der Verarbeitung der Daten natürlich die Gewinnung eines Mittelwertes der abgetasteten Signale für jedes Zeitintervall bei jeder Operation zum Gegenstand hat. Wenn man den Mittelwert für eine erhebliche Anzahl von Perioden der systematischen Änderung des Z-Gradientenfeldes bestimmt, werden alle Beiträge zu den empfangenen kernmagnetischen Resonanzsignalen, die sich aus Resonanzeffekten in den Teilen der Probe 1 ergeben, welche außerhalb der gewählten Schicht liegen, praktisch durch eine Glättung beseitigt, so daß die

ίο ausgemittelten Daten nur den in der gewählten Schicht auftretenden Resonanzeffekten entsprechen. Infolgedessen repräsentiert in diesem Fall der Satz von Zahlen A_n praktisch die Verteilung der Kernspezies nur innerhalb der gewählten Schicht.

Wie vorstehend erwähnt, bieten Abbildungsverfahren wie die anhand der Zeichnungen beschriebenen den Vorteil, daß sich Feldfehler als Verlagerungen in dem endgültigen Bild bemerkbar machen, statt zu einer Verschlechterung der Bildschärfe /u führen. Die Größe des Lagefehlers, den man in dem Bild zulassen kann, bestimmt das Ausmaß der Gleichmäßigkeit, die bei den Feldern vorhanden sein muß, welche mit Hilfe des Magneten 2 und der Spulensätze 5 und 6 erzeugt werden. Bei jedem gegebenen System kann man die Größenwerte der Fehler aus zeichnerischen Darstellungen der betreffenden Fehler berechnen, und erforderlichenfalls kann eine Korrektur während der Verarbeitung der Daten dadurch herbeigeführt werden, daß innerhalb des Satzes von Zahlen F_n bestimmte Werte entsprechend verschoben werden.

Es sei jedoch bemerkt, daß aus einer Betrachtung des vorstehend für /"„, gegebenen Ausdrucks ersichtlich ist, daß die räumliche Auflösungsstrecke der Verteilung längs der X-Richtung abnimmt, wenn η zunimmt. Die relativ schlechtere räumliche Auflösung für kleine Werte von π gibt Anlaß zu einem »artifact« in dem Bild, wobei dieser Effekt der Tatsache zugeordnet ist, daß bei der Gewinnung des Bildes von einem Feld-Gradienten Gebrauch gemacht wird, der bei sämtlichen Operationen die gleiche Größe hat. Das »artifact« ähnelt denjenigen, die bei Verfahren zu beobachten sind, bei denen eine Bildrekonstruktion stattfindet, z. B. bei dem Verfahren nach Lauterbur. wenn Daten für einen Bereich von Richtungen des Feld-Gradienten gesammelt werden, der sich über einen Winkel von weniger als 180" erstreckt. Man kann das »artifact« verkleinern, indem man den Wert von h gegenüber C verkleinert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Verteilung der Kernspindichte einer Probe,

bei dem die Probe einem homogenen Magnetfeld sowie einem dem homogenen Magnetfeld überlagerten Magnetfeld, das einen linearen Gradienten in einer vorgegebenen Richtung bezüglich der Probe aufweist, ausgesetzt ist,

bei dem weiter ein Satz von Operationen durchgeführt wird, wobei jede der Operationen darin besteht, daß die Probe mit mindestens einem Impuls eines hochfrequenten, magnetischen Wechselfeldes derart bestrahlt wird, daß kernmagnetische Resonanz einer gegebenen Kernspezies in der Probe angeregt wird, daß die von der Probe infolge der Anregung ausgesandten Signale kohärent nachgewiesen werden unri die nachgewiesenen Signale während einer Reihe von auf die Anregung folgenden Zeitintervallen erfaßt werden,

bei dem der lineare Gradient von Operation zu Operation verändert wird,

bei dem die gewonnenen Signale einer Fouriertransformation nach der Zeit unterzogen werden,