DE3687768T2

DE3687768T2 - Verfahren und vorrichtung fuer schnelle nmr-abbildung.

Info

Publication number: DE3687768T2
Application number: DE8686305010T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Patent Divis Hatanaka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2006-06-28
Also published as: JPH0451171B2; AU5973386A; CA1258882A; EP0208483A2; DE3687768D1; AU582874B2; EP0208483B1; JPS628747A; US4745364A; EP0208483A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Durchführung einer zwei- und/oder dreidimensionalen Magnetkernresonanz-(NMR-) Abbildung, wobei diese Abbildung auf einer Funktion der Spindichteverteilung, der Spingitter-Relaxationszeit (T&sub1;) und der Spin-Spin-Relaxationszeit (T&sub2;) spezieller Protonen innerhalb eines Targets beruht. Spezieller gesagt, die Erfindung bezieht sich auf ein NMR-Abbildungsverfahren und eine Vorrichtung, welche einen zusätzlichen unbekannten Phasenfaktor beseitigen, welcher seinen Ursprung in Inhomogenitäten des Basisfelds und dem Driften des Felds und in einer nicht perfekten Justierung der elektronischen Ausrüstung hat.
Atomkerne haben magnetische Nettomomente, wenn sie in einem statischen Magnetfeld B&sub0; bei einer NMR-(Larmor-)Frequenz o plaziert sind, die durch die Gleichung
ω = γB&sub0;
gegeben sind, wobei y das gyromagnetische Verhältnis ist, das für jedes NMR-Isotop konstant ist. Die Frequenz, bei welcher die Kerne präzessieren, ist in erster Linie von der Stärke des Magnetfelds B&sub0; abhängig und nimmt mit ansteigender Feldstärke zu.
Es werden gegenwärtig viele verschiedene Techniken untersucht, mit deren Hilfe man eine charakteristische Abbildung eines Targets, welches ein Teil eines Patienten sein könnte, effektiv und wirkungsvoll mittels Magnetkernresonanz-(NMR-)Abbildung erhalten kann. Typischerweise ist die Charakteristik, die man zu erhalten trachtet, irgendeine Funktion der Spindichteverteilung, der Spingitter-Relaxationszeit (T&sub1;) und der Spin-Spin-Relaxationszeit (T&sub2;) spezieller Protonen innerhalb des Targets. Diese Protonen werden zuerst durch Anlegen eines Magnetfelds und eines Hochfrequenz-(HF-)Impulses angeregt. Auf diese Weise angeregte Protonen tendieren anschließend dazu, nachzuschwingen und erzeugen während des Nachschwing-(Relaxations-)Prozesses ein freies Induktions-Abklingsignal (FID-Signal). Die vorstehende charakteristische Funktion der nachschwingenden Protonen innerhalb des Targets kann man durch eine Fourier-Transformation dieses FID- Signals erhalten. Durch Verwenden des HF-Impulses, der so gewählt wird, daß er ein ausgewähltes Frequenzspektrum hat, das der Larmor-Frequenz der Protonen entspricht, die durch die Formel ω = γB&sub0; gegeben ist, ist es möglich, Protonen in einer einzigen Ebene anzuregen, welche eine Scheibe des Patiententargets sein kann.
Abbildungstechniken unter Verwendung von NMR können typischerweise als Abbildung von Projektionen und direkte Bilddarstellung klassifiziert werden.
Die Technik der Abbildung von Projektionen (d. h. Projektions- Rekonstruktionen) umfaßt das Erzeugen einer Vielzahl aus vielen verschiedenen Orientierungen durch beispielsweise das Erzeugen eines linearen Feldgradienten innerhalb des Objekts und das Auf zeichnen einer eindimensionalen Projektion der Kerndichte in der durch den Gradienten definierten Richtung. Ein Bild wird dann aus den Projektionen mit Hilfe mathematischer Techniken ähnlich jenen rekonstruiert, wie sie bei der Röntgenstrahlen- Tomografie angewendet werden. Eine solche Methode wird zum Beispiel von Lauterbur, Nature, 249§-190, März 1973, beschrieben.
Direkte Bilddarstellungs- oder Fourier-Abbildungstechniken verwenden generell einen anfänglichen HF-Impuls, um die Spins der Protonen in dem Objekt um 90º umzuorientieren. Während des resultierenden FID-Signals wird das Objekt Gradienten ausgesetzt, die konsekutiv in schneller Folge entlang der drei karthesischen Hauptachsen des Systems aufgebracht werden. Die FID- und/oder Spin-Echo-Signale werden stichprobenartig entnommen, und es wird eine dreidimensionale Fourier-Transformation durchgeführt, um ein dreidimensionales Abbild zu entwickeln. Zweidimensionale Fourier-Transformationen sind ebenfalls bekannt. Im US-Patent Nr. 4,070,611, das hierin durch Verweis mit eingeschlossen ist, wird ein Verfahren zum Erzeugen von Bildern durch die Fourier- NMR-Technik beschrieben. Eine generelle Diskussion der verschiedenen Projektions- und Direkt-Abbildungstechniken kann man in Kapitel 35 von Nuclar Magnetic Resonance NMR Imaging, Partain u. a., W. B. Saunders Company, 1983 finden, das hierin durch Verweis mit enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Technik gerichtet, die Fourier-Transformationen bei der Erzeugung von Abbildern aus Stichproben nutzt. Die räumliche Dichteverteilung dieser Stichproben kann aus den freien Induktions-Abklingschwingungen (FID's) und/oder Spin-Echos der Stichprobe bei Vorhandensein statischer Magnetfelder und geschalteter Magnetfeldgradienten bestimmt werden.
Die Impulsfolge, die benutzt wird, um ein Abbild mit Hilfe einer NMR-Abbildungsmethode auf Fourierbasis zu bilden, wird in Fig. 1 gezeigt.
Eine einzelne Ebene wird zuerst durch Anlegen eines Schmalband- 90º-HF-Impulses und eines Feldgradienten Gz gewählt. Dann erhält man zweidimensionale FID-Sätze durch Variieren von tx oder der Impulslänge von Gx. Die Funktion des Gradienten besteht darin, für eine Diskriminierung in der Y-Richtung zu sorgen. Er wird eingeleitet, um jeder vertikalen Spinspalte (weil die Y-Achse vertikal ist) einen bekannten Betrag an Verdrehung oder Verzerrung zu geben, und folglich phasenkodiert er das Signal vor der Projektion auf die X-Achse. Spin-Echos werden durch Anlegen eines 180º-Impulses erzeugt. Der G&sub2;-Impuls im Anschluß an das Anlegen des 180º-Impulses dient dazu, die in der x,y-Ebene orientierten Spins nachzufokussieren. Der gesamte Satz der vorstehend beschriebenen Schritte wird eine Anzahl von Malen, N, wiederholt, und bei jeder Wiederholung wird eine andere Gradientenamplitude Gy verwendet, um einen Bereich räumlicher Frequenzen von Null bis zu einem Maximum abzudecken. Die projizierten Spindichtewerte für irgendeine Spalte, die aus der Fouriertransformation der Spin-Echosignale zu erhalten ist, werden in der Reihenfolge ansteigender Gy-Impulsgröße angeordnet und einer weiteren Fouriertransformation für die Darstellung der Spindichte die Spalte hinauf unterzogen. Wenn dies für jede Spalte getan ist, dann erhält man ein vollständiges zweidimensionales Abbild der gewählten Scheibe. Der phasenkodierende Gradient Gy bewirkt, daß N verschiedene Projektionen auf der X-Achse erfaßt werden, weil Spins bei verschiedenen Höhen unterschiedliche Phasenverzerrungsbeträge durch das Vorhandensein verschiedener Werte von Gy gegeben werden.
Die Phaseninformation in einem NMR-Signal wird durch Verwendung zweier phasenempfindlicher um 90º phasenverschobener Detektoren gesichert, welche komplex konjugierte Paare sind.
Die beiden Signale, die man nach Feststellen der Phasenverschiebung um 90º erhalten hat, werden nach der Fourier-Transformation wie folgt geschrieben:
(1)
E(kx,ky)= f(x,y)exp[i(kxX+kyy)dxdy
wobei
kx=γGx·t
und
ky=γ·n· ·t
Die Funktion f(x,y) ergibt die räumlichen Verteilungen. Die räumlichen Frequenzen kx und ky beschreiben die Wellenzahlen der entsprechenden Richtung, x, y und n einen ganzzahligen Stichprobenentnahmeindex innerhalb des Bereichs -NL oder LN, wobei N eine ganze Zahl ist.
Jedoch wird in der Praxis zum vorstehenden idealen Signal ein unbekannter Phasenfaktor addiert, welcher in Basisfeld-Inhomogenitäten und Drifterscheinungen des Felds und in nicht vollkommener Justierung der Elektronik seine Ursache hat.
Deshalb kann Gleichung (1) neu geschrieben werden als:
(2)
E'(kx,ky)= f(x,y)exp[i(kxx+kyY+R)]dxdy
Die Verteilung eines Kernresonanzparameters als Funktion der Lage (x,y) ist gegeben durch:
(3)
f'(x,y)=f(x,y,)exp[iR]
Weil man den Realteil eines komplexen zweidimensionalen nach Fourier transformierten Signals, die "Absorption" als Bildwert zu nehmen hätte und man die imaginäre Komponente, die "Dispersion", zurückweisen müßte, da ja die letztere wegen ihrer breiten Seitenflügel nicht für eine Bilddarstellung geeignet ist, wird vorgeschlagen, daß die Verteilung dadurch berechnet werden kann, daß man einen Absolutwert von Gleichung (3) wie folgt erhält:
(4)
f(x,y)= f'(x,y) = f'(x,y)eiR
Für diese Berechnungsschritte wird viel Zeit verbraucht. Weiterhin sind die negativen Seitenflügel der imaginären Komponente nicht für eine Bildinformation nützlich.
Es wird auch im Fall der Anwendung einer Spin-Echotechnik vermerkt, daß ein Symmetriepunkt in bezug auf den Punkt kx = ky = 0 in dem (kx,ky)-Raum existiert, der durch die räumlichen Frequenzen wie in Fig. 2 veranschaulicht gebildet wird. Folglich sind tatsächlich Stichprobenentnahmeoperationen zum Beispiel entweder für alle kx, wobei ky ≥ 0 oder für alle ky, wobei kx ≥ 0 erforderlich. Eine solche Symmetrie reduziert den Stichprobenentnahmezeitraum auf eine Hälfte. Folglich gilt:
(5)
E(-kx,-ky=E(kx,ky))*
wobei "*" ein komplex konjugiertes Paar bedeutet.
Wenn der Phasenfaktor bei dieser Methode berücksichtigt wird, dann ist Gleichung (2) wie folgt definiert:
E(-kx,-ky)=exp(-iR)[E(kx,ky)]*≠[E(kxky)]*
Wie man aus dem vorstehenden Ausdruck verstehen wird, wird nicht erwartet, daß man den Stichprobenentnahmezeitraum für alle gewünschten Stichprobendaten durch Nutzung des Symmetriepunkts im (kx,ky-)Raum verkürzen kann, wenn dem Phasenfaktor Rechnung getragen wird.
Die Erfindung ist auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gerichtet.
Zu diesem Zweck ist ein Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenbestimmung zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, zu dem der Betrag der Phasenkodierung Null ist und eine Phasenkorrektur aufgebracht wird, welche den Phasenfehler unter Nutzung des bestimmten Phasensignals zu einer anderen Zeit, zu der der Betrag der Phasenkodierung nicht Null ist, korrigiert.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es durch Durchführung aller dieser Korrekturen möglich, den vorstehend beschriebenen Phasenfaktor festzustellen und ihn derart zu eliminieren, daß die beiden Datenkanäle, welche um 90º phasenverschoben festgestellt werden, genau um 90º phasenverschoben sind, der Zeitraum der Stichprobenentnahme für die Abbildung auf ungefähr die Hälfte verkürzt wird und, selbst obwohl die Datenerfassung wegen eines externen Faktors unterbrochen wird, ein Bild aus jenen erhaltenen Daten gebildet werden kann.
Diese Erfindung wird im Nachstehenden detailliert unter Verweis auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben, bei welchen:
Fig. 1 eine konventionelle Impulsfolge bei einer Abbildungstechnik mit Fouriertransformation zeigt;
Fig. 2 einen Symmetriepunkt der Signale vor der doppelten Fouriertransformation im Bereich der Raumfrequenzen zeigt;
Fig. 3 das Blockschaltbild einer Vorrichtung für die Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4 und 5 eine Flußbildbeschreibung eines geeigneten Programms für den verbesserten Phasenkorrektor umfassen;
Fig. 6 eine Impulsfolge abbildet, die benutzt wird, um die Messung der Bilddarstellungsdaten gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten;
Fig. 7 ein Blockschaltbild darstellt, welches eine Schaltungskonfiguration für die in Fig. 3 gezeigte Arithmetikschaltung zeigt; und
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Schaltungskonfiguration der Arithmetikschaltung abbildet.
Unter Verweis auf Fig. 3 wird ein Target oder Objekt 2, das zu untersuchen ist, in ein statisches Magnetfeld B&sub0; gebracht, das durch ein Spulensystem 4 erzeugt wird, das in der Z-Richtung ausgerichtet ist.
Drei Stromgeneratoren 6, 8 und 10 sind elektrisch für die Erregung entsprechender (nicht gezeigter) Spulen elektrisch angeschlossen, um Feldgradienten Gx, Gy, und Gz zu erzeugen. Ein Spulensatz 12 ist für das Erzeugen und Feststellen eines elektrischen Hochfrequenzfeldes vorgesehen. Ein Hochfrequenz-Signalgenerator 14 ist für die Erregung des Spulensatzes 12 angeschlossen, welcher HF-Magnetfeldimpulse erzeugt, die die entsprechende Modulation haben, um Resonanz in einer ebenen Scheibe des Objekts zu erzeugen, das durch das Anlegen des Magnetfeldgradienten Gz(d. h. den Ebenen-Auswahlgradienten) entlang der Z- Richtung definiert wird, der durch den Z-Achsen-Magnetfeldgenerator 10 erzeugt wird. Der Spulensatz 12 und auch die (nicht gezeigten) Gradientenspulen sind an sich allgemein bekannt, und weitere Einzelheiten derselben kann man zum Beispiel in den US- Patenten Nr. 4,254,778, Nr. 4,422,042 und Nr. 4,509,011 sehen.
Der Spulensatz 12, der sowohl dem Zweck der Erregung, als auch des Empfangs des Signals dient, ist mit einer Arithmetikschaltung 24 für die Durchführung einer Fourier-Transformation über einen Hochfrequenz-Signaldetektor, Verarbeitungsmittel, wie beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler 18, Phasendetektor 20 und Phasenkorrektor 22, verbunden. Desgleichen sind für die Steuerung der Anordnung zusätzliche Verbindungen zwischen dem Hochfrequenz-Signalgenerator und einem zentralen Steuermittel oder einer Folgesteuerung 26 vorgesehen, deren Funktionen und Beziehungen im Nachstehenden detailliert beschrieben werden. Das zentrale Steuermittel oder die Folgesteuerung 26 ist mit dem Phasendetektor 20, dem Phasenkorrektor 22 und der Arithmetikschaltung 24 verbunden.
Vor der Beschreibung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung für die Bestimmung der nuklearen Magnetisierungsverteilung in dem Körper 2 werden die Phasenkorrekturprinzipien unter Verweis auf Fig. 4 und 5 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wird eine Phasenfeststellung dadurch erzielt, daß man eine Phasenverschiebung R unter Verwendung der Signale erreicht, die man nach Feststellung der Phasenverschiebung um 90º erhalten hat (wobei der Betrag der Phasenkodierung Null ist, d. h. ky = 0).
Wenn ky Null ist, dann erhält man die komplexe Fouriertransformation E'(kx,0) aus Gleichung (2).
(7)
E/(kx,0)= f(x,y)exp[i(kxx+R)]dxdy
Aus Gleichung (7) ist die Phasenverschiebung R des zum Zeitpunkt t&sub0; = 0 gemessenen Signals, kx gegeben durch
(8)
arctan(Im[E'(0,0)]/Re[E'(0,0)])
Diese zwei gemessenen Werte Re[E'(0,0)] und Im[E'(0,0)] repräsentieren entsprechend eine sinusförmige Intensitätsmodulation beim realen und imaginären Bild (komplexe Bildwelle).
Um die räumliche Fouriertransformation E'(kx,0) zu messen, welche um kx = 0 zentriert ist, ist es notwendig, ein Maximum des Absolutwertes der räumlichen Fourier-Transformation E'(kx,0) zum Zeitpunkt t&sub0; = 0 zu finden (d. h. den Wert, welcher existiert, wenn t&sub0;, kx = 0).
Der Absolutwert
E'(kx,0)
wird aus Gleichung (7) wie folgt abgeleitet
(9)
E'(kx,0) = f(x,r)exp(ikxx) dxdyexp(iR )
= (x,y)exp(ikxx)dxdy(
= E(kx,0)
Gleichung (9) drückt aus, daß der Absolutwert der räumlichen Fouriertransformation E(kx,0) nicht von der Phasenverschiebung 8 abhängig ist.
Die Folgesteuerung 26 kann einen programmierbaren Mikroprozessor umfassen, welcher so programmiert ist, daß er die hierin angegebenen Schritte der Folge nach so steuert, daß Steuersignale an die damit verbundenen Komponenten geliefert werden. Die mathematischen Schritte selbst können unter Verwendung von Logikbereichen implementiert werden, die in dem Phasendetektor 20 und dem Phasenkorrektor 22 enthalten sind. Alternativ können Phasendetektor 20 und Phasenkorrektor 22 unter Verwendung von Mikroprozessoren hergestellt werden, oder es kann deren Funktion durch die zentrale Verarbeitungseinheit oder die Folgesteuerung durchgeführt werden. Als Reaktion auf eine Instruktion aus der Operation wird die Programmfolge für eine gegebene Phasenkorrekturfolge eingegeben. Fig. 4 veranschaulicht die Funktion des Phasendetektors 20. Wie in Fig. 4 vermerkt, erhält man bei Schritt 40 den Maximalwert der Amplitude der Bildwelle, und dann wird die räumliche Fouriertransformation E'(kx,0) bestimmt. Dann werden bei Schritt 42 die entsprechenden Dreiecksbeziehungen von sin R und cos R auf der Grundlage der Werte des reellen und des imaginären Bildes und des Maximums der räumlichen Fouriertransformation E'(kx,0) berechnet.
Jetzt soll die Phasenkorrektur bezogen auf die in Fig. 5 veranschaulichte Programmfolge erklärt werden.
Nach dem Erhalten der Phasenverschiebung 8 arbeitet die Folgesteuerung 26, um die Phasenverschiebung 8 aus der durch Gleichung (2) gegebenen Fouriertransformation E'(kx,ky) zu eliminieren. Zuerst wird Gleichung (2) wie folgt umgeschrieben:
(10)
E'(kx, ky)=Re[E'(kx, ky)]+Im[E'(kx,ky)]
=FC(Kx,ky)cosR-FS(kx,ky)sinR
+i[Fc(kx,ky)sinR+FS(kx,ky)cosR] (10)
wobei
(11)
FC(kx,ky) = f(kx,ky)cos(kx+kyy)dxdy
und
(12)
FS(kx,ky)= f(kx,ky)sin(kxx+kyy)dxdy
In Übereinstimmung mit den Gleichungen (10), (11) und (12) sind die entsprechenden reellen und imaginären Bilder (13)
Fc(kx,ky)=ReE(kx,ky))cosV+ImE(kx,ky)sinV
(14)
Fs(kx,ky)=-Re[E'(kx,ky)]sinR+Im[E'(kx,ky)]cosR
Infolgedessen wird, wie in Fig. 5 veranschaulicht, die Verarbeitung der Stichproben für alle kx (vom negativen bis zu einem maximalen reellen Wert), wobei ky > 0, in Übereinstimmung mit den Gleichungen (13) und 14) durchgeführt.
Wie schon dargelegt worden ist, haben die auf diese Weise gemessenen Punkte eine konjugierte Beziehung mit jenen für k < 0, wodurch die gewünschten Punkte für die Bildung der Abbildung mit nur der Hälfte der Anzahl verschiedener Werte von ky erhalten werden, welche einem rechteckigen Gitter kx, ky zugeordnet sind. Infolgedessen wird der Zeitraum der Stichprobenentnahme durch eine solche schnellere Datenerfassungsmethode auf ungefähr die Hälfte reduziert.
Das Verfahren entsprechend der Erfindung ist nicht auf die Halbmessung des rechteckigen Gitternetzes kx, ky beschränkt. Das Verfahren ermöglicht auch eine schnelle Bildformierung aus einer unvollständigen Datenerfassung durch Substituieren von Nullwerten in den restlichen zu messenden Punkten, wie dies an sich beispielsweise durch US-Patent Nr. 4,070,611 bekannt ist.
Fig. 6 stellt eine Impulsfolge dar, die verwendet wird, um die Messung von Abbildungsdaten auf der Grundlage der komplex konjugierten Beziehung zu erhalten, welchen ähnlich der von Fig. 1 ist, die vorstehend diskutiert worden ist, mit der bemerkenswerten Ausnahme, daß bei Fig. 6 der phasenkodierende Gradient Gy nicht invertiert wird. Weil es nicht erforderlich ist, daß negative räumliche Frequenzen ky bestimmt werden, wird kein invertiertes Gradienten-Magnetfeld Gy angelegt. Alternativ würden, auch wieder wegen der vermerkten konjugierten Beziehung, die Gradienten Gy für nur negative Werte unter Weglassung der positiven Werte angelegt.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung wird jetzt unter Verweis auf die Fig. 3 und 6-8 beschrieben. Unter Verwendung des Hochfrequenz-Spulensatzes 12 wird ein 90º Impuls nach Aktivierung des Spulensystems 4 erzeugt, welches das stationäre homogene Magnetfeld B&sub0; erzeugt. Die durch die Stromgeneratoren 6 und 8 erzeugten Gradienten Gx und Gy werden angelegt, um die Intensität der räumlichen Frequenzen (kx,ky) durch Messung des Resonanzsignals nach der Magnetisierung zu bestimmen. Nach einem Zeitraum τ wird ein 180º-HF-Impuls durch den Hochfrequenz- Spulensatz 12 angelegt, um die sogenannte Spin-Echotechnik zur Erzeugung eines Echo-Resonanzsignals zu verwenden. Nachdem Gy abgeschaltet wurde, wird das Echosignal in Anwesenheit von Gx gemessen. Die erhaltenen Stichproben werden den verschiedenen kx- Werten zugeordnet. Es wird deutlich, daß eine nächste Stichproben-Referenzzeile, auf welcher Messungen in der ky-Richtung stattfinden, durch Variieren der Intensität des Gradientenfeldes Gy oder durch Variieren der Zeitdauer, während der das Gradienten-Magnetfeld Gy vorhanden ist oder durch beides bestimmt wird.
Die erfaßten nutzbaren Stichprobenwerte werden um 90º phasenverschoben in dem Detektor 16 festgestellt, in welchem das Signal mit einem Bezugssignal gemischt wird, welches generell dieselbe Frequenz W&sub0; wie die Winkelfrequenz des elektromagnetischen Hochfrequenzfelds hat. Nach der phasenverschobenen Feststellung können positive und negative Frequenzen unterschieden werden. Die analogen, stichprobenweise erfaßten Signale werden in dem Wandler 18 digitalisiert. Die digitalen Signale werden zum Phasendetektor 20 für die Bestimmung der Phasenverschiebung O unter Nutzung der räumlichen Fouriertransformationsinformation geliefert, welche erfaßt wird, bei der die räumliche Frequenz ky immer Null ist. Das Ergebnis der Phasenfeststellung wird zum Phasenkorrektor 22 übertragen, in welchem die im Phasendetektor 20 festgestellte Phasenverschiebung aus den Meßwerten aller gewünschten räumlichen Frequenzen, wie schon erklärt, eliminiert wird.
Die phasenkorrigierte Information wird in einem Speicher abgespeichert, der in der Arithmetikschaltung 24 enthalten ist. Bei Fig. 7 werden die Signale nach der phasenverschobenen Feststellung auf der i-ten Zeile in dem Raum (kx,ky) in Speicher 50 abgespeichert.
Die beiden nach der phasenverschobenen Feststellung erhaltenen Signale werden im Speicher 50 in einer solchen Art und Weise abgespeichert, daß die reellen Signale in der i-ten Zeile des (kx,ky)-Raums sukzessiv von links nach rechts abgespeichert werden und die imaginären Signale über eine Inversionsschaltung 52 geliefert werden, um zu bewirken, daß die imaginären Signale invertiert und in der -i-ten Zeile von rechts nach links abgespeichert werden. Das zentrale Steuermittel 26 steuert das Abspeichern der Informationen in dem Speicher 50 durch ein von dort erzeugtes geeignetes Adreß-Steuerungssignal. Nach der Fouriertransformation in einem Fouriertransformator 54 wird ein Spektrum erzeugt, dessen Amplituden Daten bezüglich der nuklearen Magnetisierung enthalten. Die Intensität der präzessionalen nuklearen Magnetisierung kann als Funktion der Frequenz bestimmt werden, und die Fourier-Transformationsmatrix beschreibt die räumlichen Frequenzen, die verwendet werden, um das Bild zusammenzusetzen. Auf der Grundlage dieser Frequenzen kann ein reelles und ein imaginäres Bild rekonstruiert und auf einem Bildschirm 56 ausgegeben werden.
In Übereinstimmung mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird, wie in Fig. 7 gezeigt, die doppelte Fouriertransformation bei den beiden Signalen nach der phasenverschobenen Feststellung in dem 2-D-Fouriertransformator 54 durchgeführt. Eine andere Konfiguration der Arithmetikschaltung 24 wird in Fig. 8 gezeigt. Nach einer 1-D-Fouriertransformation bei den Signalen im 1-D-Fourier- Transformator 58 werden 1-D-fouriertransformierte in einem Speicher 60 über eine Invertierungsschaltung 52' abgespeichert, um reelle und imaginäre Komponenten in einer ähnlichen Weise, wie der in Fig. 7 gezeigten, abzuspeichern. Durch ein anschließendes Durchführen einer weiteren 1-D-Fouriertransformation an den aus dem Speicher 60 gelesenen Informationen unter Verwendung von 1- D-Fourier-Transformator 64 wird das gewünschte Bild rekonstruiert und dann auf dem Bildschirm 56' ausgegeben.
Gemäß dem modifizierten Verfahren unter Verwendung eines 1-D- Fourier-Transformationsprozesses zu zwei getrennten Zeiten ändert sich die Reihenfolge der Stichprobenentnahmepunkte im Speicher 60 nicht. Eine solche Anordnung liefert eine einfache Steuerung für die Abspeicherung der Daten in den Speicher 60.
Selbst obwohl der Phasendetektor 20, der Phasenkorrektor 22, die Inversionsschaltungen 52 und 52', die Speicher 50 und 60 und die weiteren Fouriertransformatoren 54, 58 und 64 auf der Basis diskreter Bauelemente beschrieben worden sind, kann man dasselbe Ergebnis sehr gut durch Verwendung eines Mikroprozessors erhalten, welcher derselbe wie das zentrale Steuermittel 26 oder ein anderer sein kann. Das Speichermittel kann durch ein Magnetplatten-Speichersystem ersetzt werden, und die 2-D-Fourier-Transformation kann durch das zweimalige Nutzen der 1-D-Transformation durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren für die Bestimmung einer räumlichen nuklearen Magnetisierungsverteilung in einem Objekt, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) das Anlegen eines statischen Magnetfelds entlang einer Achse des stichprobenweise zu untersuchenden Objekts;

(b) das Erregen ausgewählter nuklearer Spins mit einem frequenzselektiven HF-Impuls in einer gewählten Ebene dieses Objekts in Anwesenheit eines Ebenen-Selektionsgradienten des statischen Magnetfelds, um auf diese Weise ein NMR-Signal zu erzeugen;

(c) das gleichzeitige Anlegen eines ersten und eines zweiten zueinander orthogonalen Magnetfeldgradienten, von denen jeder einen aus einer vorbestimmten Anzahl wählbarer Beträge hat, um die NMR-Signale in der Phase zu kodieren;

(d) das Bestrahlen dieses Objekts mit einem 180º-HF-Impuls, um auf diese Weise die angeregten nuklearen Spins zu invertieren, um NMR-Spin-Echosignale zu erhalten und das stichprobenweise Entnehmen dieser NMR-Spin-Echosignale, wobei diese Spin-Echosignale ein NMR-Verbundsignal für eine Fouriertransformation erzeugen, um Informationen über diese räumliche Verteilung über die gesamte gewählte Ebene dieses Objekts zu liefern;

(e) das Feststellen einer Phasenverschiebung des NMR- Signals, wenn die Phasenkodierung Null ist, wobei diese Phasenverschiebung aus nicht-vollkommenen Kennwerten des Systems stammen; und

(f) das Eliminieren dieser Phasenverschiebung von dem stichprobenweise entnommenen NMR-Spin-Echosignal unter Nutzung des erhaltenen Phasenverschiebungswertes, wenn die Phasenkodierung nicht Null ist, so daß die nukleare Magnetisierungsverteilung dadurch korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung der Phasenverschiebung die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Bestimmen eines maximalen Amplitudenwertes [E'(kimax,0)]²= {Re[E'(ki,0)]}² + {Im[E'(ki,0)[}² wenn t&sub0;= 0; und

(b) Bestimmung der Phasenverschiebungsbasis auf Grundlage einer der nachstehenden Phasenbeziehungen oder beiden:

wobei E' die Fourier-Transformationsmatrix der räumlichen Verteilung der gewählten Nuklearspins ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Nutzungsschritt den Schritt der Berechnung des Real- und des Imaginärbildes unter Nutzung der vorbestimmten Phasenverschiebung und des Variierens der Wellenzahlen kx, ky derart einschließt, daß eine der folgenden Bedingungen auftritt:

(a) ky ≤ 0, während sich kx über festgelegte Stichprobenentnahmepunkte ändert;

(b) ky ≥ 0, während kx sich über festgelegte Stichprobenentnahmepunkte ändert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Berechnungsschritt das Berechnen der Beziehungen Fc(kx,ky) = Re[E'(kx,ky)]cos R + Im[E'(kx,ky)]sin R; FS(kx,ky) = -Re[E'(kx,ky)]sin R + Im[E'(kx,ky)cos R einschließt, wobei Fc beziehungsweise Fs den Real- bzw. den Imaginärteil der auf Phasenverschiebung korrigierten Fouriertransformationsmatrix darstellen, d. h. E(kx,ky) = Fc(kx,ky) + i FS(kx,ky).

5. Vorrichtung zum schnellen Bestimmen der nuklearen Magnetisierungsverteilung bei einem Objekt, bestehend aus:

(a) Mitteln für die Erzeugung eines statischen homogenen Magnetfelds;

(b) Mitteln für die Erzeugung einer hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung, deren Magnetfeldrichtung senkrecht zur Feldrichtung des homogenen Magnetfelds gerichtet ist, um dadurch für ein NMR-Signal zu sorgen;

(c) Mitteln für das gleichzeitige Anlegen eines ersten und eines zweiten zueinander orthogonalen Magnetfeldgradienten, von denen jeder einen aus einer vorbestimmten Anzahl von wählbaren Beträgen hat, um ein NMR-Signal bezüglich der Phase als Information für die räumliche Verteilung der angeregten Nuklearspins innerhalb eines Raums, der die gewählte Ebene enthält, zu kodieren;

(d) Mitteln zum Anlegen eines nicht-selektiven 180º-HF- Impulses an das Objekt, um ein Spin-Echosignal von dem NMR- Signal zu erzeugen und Mitteln für das Feststellen des NMR- Spin-Echosignals, wobei diese NMR-Signale ein NMR-Verbundsignal für die Fouriertransformation erzeugen, um Informationen über die räumliche Verteilung über die gesamte Ebene des Objekts zu liefern;

(e) Stichprobenentnahmemitteln für die stichprobenweise Entnahme der Spin-Echo-NMR-Signale;

(f) Korrekturmitteln für das Erhalten einer Phasenverschiebung des NMR-Spin-Echosignals, wobei diese Phasenverschiebung aus nicht-vollkommenen Kennwerten des Systems stammen und zum Eliminieren dieser Phasenverschiebung aus den stichprobenweise entnommenen NMR-Signalen unter Nutzung des erhaltenen Phasenverschiebungswerts, so daß die nukleare Magnetisierungsverteilung dadurch korrigiert wird.