DE3812778A1 - Kernspintomographieverfahren zur bestimmung der raeumlichen verteilung der kernmagnetisierung in einer schicht und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Kernspintomographieverfahren zur bestimmung der raeumlichen verteilung der kernmagnetisierung in einer schicht und anordnung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kernspintomographieverfahren
zur Bestimmung der räumlichen Verteilung der Kern
magnetisierung in einer zur einer ersten Richtung
senkrechten Schicht eines Untersuchungsbereiches, wobei in
Anwesentheit eines homogenen stationären Magnetfeldes eine
Anzahl von Sequenzen auf einen Untersuchungsbereich ein
wirkt, wobei jede Sequenz wenigstens zwei schichtselektive
Hochfrequenzimpulse umfaßt, wobei außerhalb der Hoch
frequenzimpulse ein Magnetfeld mit einem in einer zweiten,
zur ersten Richtung senkrechten Richtung verlaufenden
Gradienten eingeschaltet wird, dessen Größe und/oder Ein
schaltdauer von Sequenz zu Sequenz geändert wird und wobei
im Anschluß an die Hochfrequenzimpulse in Anwesenheit
eines Magnetfeldes mit einem in einer dritten, zu den
beiden ersten Richtungen senkrechten Richtung verlaufendem
Gradienten ein Echosignal empfangen und abgetastet wird,
woraus die Verteilung der Kernmagnetisierung rekonstruiert
wird. Ein solches Verfahren ist aus "Röntgenpraxis" 39,
(1986), S. 81-96, insbesondere Fig. 3, bekannt. Darin ist
ein Spin-Echo-Verfahren beschrieben, bei dem auf einen
90°-Hochfrequenzimpuls ein 180°-Impuls folgt, wobei
während jedes der beiden Hochfrequenzimpulse ein Magnet
feld eingeschaltet wird, dessen Gradient jeweils in der
ersten Richtung verläuft.
Mit dem bekannten Schichtaufnahmeverfahren wird - ebenso
wie bei allen anderen Schichtaufnahmeverfahren - die Kern
magnetisierungsverteilung in einer Schicht abgebildet, die
einen Schnitt durch den in einer Hochfrequenzspule zur
Erzeugung von Hochfrequenzimpulsen befindlichen Teil des
Körpers des Patienten darstellt. Das rekonstruierte Bild
der Kernmagnetisierungsverteilung besteht aus N×N
Bildelementen - im folgenden kurz Pixel genannt; die
Abmessungen eines Pixels entsprechen dem Doppeltes des
Kehrwerts der maximal meßbaren Ortsfrequenz der
Verteilung. N kann dabei zum Beispiel ein Wert von 256
haben. Das bedeutet, daß dieses Verfahren 256 Sequenzen
umfaßt, wobei das zwischen den beiden Hochfrequenzimpulsen
wirksame Präparationsgradientenfeld von Sequenz zu Sequenz
um 1/128 seines Maximalwertes geändert wird und das
Kernresonanzsignal mindestens 256mal abgetastet wird. Da
die Repetitionszeit (das ist die Zeit zwischen dem Beginn
einer Sequenz und dem Beginn der darauf folgenden Sequenz)
genügend groß sein muß (einige 100 ms), um sicher zu
stellen, daß bei Beginn jeder Sequenz jeweils die gleiche
Längsmagnetisierung vorhanden ist, ist die für die
Durchführung des Verfahrens erforderliche Meßzeit relativ
groß, und sie steigt mit dem gewünschten
Auflösungsvermögen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die
Kernmagnetisierungsverteilung in einem begrenzten Bereich
der Schicht entweder mit verbesserter Auflösung oder in
kürzerer Zeit gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
während eines der Hochfrequenzimpulse ein Magnetfeld mit
einem in der zweiten Richtung verlaufenden Gradienten
eingeschaltet ist, und daß die Bandbreite des einen
Hochfrequenzimpulses und/oder der Betrag des Gradienten
des damit einhergehenden Magnetfeldes einstellbar ist, so
daß dadurch die Kernmagnetisierung in einem einstellbaren
Teil des Untersuchungsbereiches beeinflußt wird.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß aus Fig. 4 der
bereits erwähnten Zeitschrift "Röntgenpraxis" ein
Verfahren bekannt ist, bei dem während zweier Hoch
frequenzimpulse Magnetfelder mit zueinander senkrechten
Gradienten eingeschaltet sind. Es handelt sich hierbei
jedoch um ein Verfahren zur Bestimmung der Kern
magnetisierungsverteilung in einem dreidimensionalen
Bereich. Zwischen den beiden Hochfrequenzimpulsen wird
dabei zusätzlich ein Magnetfeld mit in der ersten Richtung
verlaufenden Gradienten eingeschaltet. Verfahren dieser
Art ergeben - im Vergleich zu dem eingangs genannten
Verfahren - eine größere Meßzeit oder eine geringere
räumliche Auflösung. Die Bandbreite des Hochfrequenz
impulses bzw. der ihn begleitende, in der ersten Richtung
verlaufende Gradient sind so bemessen, daß dadurch die
Kernmagnetisierung in einem Bereich angeregt wird, dessen
Dicke der Gesamtdicke so vieler Schichten entspricht, wie
der abzubildende Volumenbereich in dieser Richtung
Volumen- bzw. Bildelemente aufweist.
Durch den Impuls, der mit einem Magnetfeld mit in der
zweiten Richtung verlaufendem Gradienten zeitlich ver
knüpft ist, wird nur ein Teilbereich der Schicht angeregt,
deren Kernmagnetisierung durch den anderen Hochfrequenz
impuls in Verbindung mit dem Magnetfeld, dessen Gradient
in der ersten Richtung verläuft, beeinflußbar ist. Wenn
demgemäß an Stelle der gesamten Schicht von dem Hochfre
quenzimpuls, der mit dem in der zweiten Richtung ver
laufenden Gradienten verknüpft ist, nur ein Streifen
erfaßt wird, der 64 Pixel breit ist, dann genügen
64 Sequenzen (an Stelle von 256) um die Kernmagnetisierung
in dem Streifen mit der gleichen Auflösung zu bestimmen
wie bei dem bekannten Verfahren. Die Meßzeit wird dabei
auf ein Viertel verkürzt.
Es ist jedoch auch möglich, die Zahl der Sequenzen mit von
Sequenz zu Sequenz in Stufen geändertem Präparations
gradienten nicht zu ändern; in diesem Fall wird das Auf
lösungsvermögen in der zweiten Richtung um den Faktor 4
verbessert. Damit dem auch ein entsprechend verbessertes
Auflösungsvermögen in der dritten Richtung gegenübersteht,
muß der Betrag des während des Echos eingeschalteten
Gradienten sowie die Abtastfrequenz des Kernresonanz
signals um den Faktor 4 erhöht werden; in diesem Fall wird
also bei unveränderter Meßzeit das Auflösungsvermögen
verbessert.
Es ist auch möglich die Auflösung zu verbessern und die
Meßzeit zu verringern; beispielsweise kann die Meßzeit auf
die Hälfte reduziert und die Auflösung verdoppelt werden.
Um die Abmessungen des ausgewählten Teilbereichs auch in
der dritten Richtung diagnostischen Bedürfnissen anzu
passen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß
die Kernresonanzsignale gefiltert werden, so daß nur Kern
resonanzsignale innerhalb eines vorzugsweise vorgebbaren
Frequenzbandes zur Rekonstruktion verwendbar sind.
Dadurch wird in der dritten Richtung ein Bereich ausge
wählt, der von der Breite des ausgefilterten Frequenz
bandes und von der Größe des in dieser Richtung ver
laufenden Gradienten des Magnetfeldes abhängt. Außerdem
wird dadurch die Zahl der für die Fouriertransformation
erforderlichen Abtastwerte verringert.
Die Sequenzen können im übrigen unterschiedlich gestaltet
sein. Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist
demgemäß vorgesehen, daß jede Sequenz einen 90°-Hoch
frequenzimpuls in Verbindung mit einem Magnetfeld umfaßt,
dessen Gradient in der ersten Richtung verläuft, daß nach
dem ersten Hochfrequenzimpuls ein 180°-Hochfrequenzimpuls
in Verbindung mit einem Magnetfeld mit einem in der zwei
ten Richtung wirksamen Gradienten eingeschaltet wird und
daß das Spin-Echo-Signal zur Rekonstruktion herangezogen
wird.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung ist demgegenüber
dadurch gekennzeichnet, daß jede Sequenz drei 90°-Hoch
frequenzimpulse umfaßt, daß mit zwei dieser 90°-Hoch
frequenzimpulse ein Magnetfeld einhergeht, dessen Gradient
während des einen Hochfrequenzimpulses in der ersten und
während des anderen Hochfrequenzimpulses in der zweiten
Richtung verläuft und daß das nach dem dritten Hoch
frequenzimpuls auftretende Stimulierte-Echo-Signal zur
Rekonstruktion herangezogen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert: Es zeigen
Fig. 1 ein Kernspinuntersuchungsgerät bei dem die Erfindung
anwendbar ist,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines solchen Gerätes,
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale bei
einer ersten erfindungsgemäßen Sequenz,
Fig. 4 die räumliche Lage des Untersuchungsbereichs und
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Signale bei einer zweiten
erfindungsgemäßen Sequenz.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kernspintomo
graphiegerät enthält eine aus vier Spulen 1 bestehende An
ordnung zur Erzeugung eines homogenen stationären Magnet
feldes, das in der Größenordnung von einigen Zehntel T bis
einigen T liegen kann. Dieses Feld verläuft in z-Richtung
eines kartesischen Koordinatensystems. Die zur z-Achse
konzentrisch angeordneten Spulen 1 können auf einer Kugel
oberfläche 2 angeordnet sein. Im Innern dieser Spulen be
findet sich der zu untersuchende Patient 20.
Zur Erzeugung eines in z-Richtung verlaufenden und sich in
dieser Richtung linear ändernden Magnetfeldes Gz sind vier
Spulen 3 vorzugsweise auf der gleichen Kugeloberfläche an
geordnet. Weiterhin sind vier Spulen 7 vorgesehen, die ein
ebenfalls in z-Richtung verlaufendes magnetisches Gradien
tenfeld ( d.h. ein Magnetfeld, dessen Stärke sich in einer
Richtung linear ändert) Gx erzeugen, dessen Gradient
jedoch in x-Richtung verläuft. Ein in z-Richtung verlau
fendes magnetisches Gradientenfeld Gy mit einem Gradienten
in y-Richtung wird von vier Spulen 5 erzeugt, die die
gleiche Form haben können wie die Spulen 7, die jedoch
diesen gegenüber um 90° versetzt angeordnet sind. Von
diesen vier Spulen sind in Fig. 1 nur zwei dargestellt.
Da jede der drei Spulenanordnungen 3, 5 und 7 zur Erzeu
gung der magnetischen Gradientenfelder Gz, Gy und Gx
symmetrisch zur Kugeloberfläche 2 angeordnet ist, ist die
Feldstärke im Kugelzentrum, das gleichzeitig den Koordina
tenursprung des erwähnten kartesischen xyz-Koordinatensys
tems bildet, nur durch das stationäre homogene Magnetfeld
der Spulenanordnung bestimmt.
Weiterhin ist eine Hochfrequenzspule 11 symmetrisch zur
Ebene z=O des Koordinatensystems angeordnet, die so ausge
bildet ist, daß damit ein im wesentlichen homogenes und in
x-Richtung, d.h. senkrecht zur Richtung des stationären
homogenen Magnetfeldes, verlaufendes hochfrequentes
Magnetfeld erzeugt wird. Der Hochfrequenzspule wird
während jedes Hochfrequenzimpulses ein hochfrequenter
Strom von einem Hochfrequenzgenerator 4 zugeführt. - Im
Anschluß an einen oder mehrere Hochfrequenzimpulse kann
die Hochfrequenzspule 11 zum Empfangen von im Untersu
chungsbereich erzeugten Kernspin-Resonanzsignalen dienen.
Statt dessen kann für diese Zwecke aber auch eine geson
derte Hochfrequenz-Empfangsspule verwendet werden.
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines
solchen Kernspinuntersuchungsgerätes. Die Hochfrequenz
spule 11 ist über eine Umschalteinrichtung 12 einerseits
an einen Hochfrequenzgenerator 4 und andererseits an einen
Hochfrequenzempfänger 6 angeschlossen.
Der Hochfrequenzgenerator 4 enthält einen in seiner
Frequenz digital steuerbaren Hochfrequenzoszillator 40,
der Schwingungen mit einer Frequenz gleich der Larmor
frequenz der anzuregenden Atomkerne bei der von den
Spulen 1 erzeugten Feldstärke liefert. Die Larmor
frequenz f berechnet sich bekanntlich nach der
Beziehung f = cB, wobei B die magnetische Induktion in dem
stationären homogenen Magnetfeld darstellt und c das
gyromagnetische Verhältnis, das beispielsweise für
Protonen 42,56 MHz/T beträgt. Der Ausgang des
Oszillators 40 ist mit einem Eingang einer Mischstufe 43
verbunden. Der Mischstufe 43 wird ein zweites Eingangs
signal von einem Digital-Analog-Wandler 44 zugeführt,
dessen Ausgang mit einem digitalen Speicher 45 verbunden
ist. Aus dem Speicher wird - gesteuert durch eine Steuer
einrichtung 15 - eine Folge von ein Hüllkurvensignal dar
stellenden digitalen Datenworten ausgelesen.
Die Mischstufe 43 verarbeitet die ihr zugeführten Ein
gangssignale so, daß an ihrem Ausgang die mit dem Hüll
kurvensignal modulierte Trägerschwingung erscheint. Das
Ausgangssignal der Mischstufe 43 wird über einen von der
Steuereinrichtung 15 gesteuerten Schalter 46 einem Hoch
frequenz-Leistungsverstärker 47 zugeführt, dessen Ausgang
mit der Umschalteinrichtung 12 verbunden ist. Diese wird
ebenfalls durch die Steuereinrichtung 15 gesteuert.
Der Empfänger 6 enthält einen Hochfrequenzverstärker 60,
der mit der Umschalteinrichtung verbunden ist und dem das
in der Hochfrequenzspule 11 induzierte Echosignal zuge
führt wird, wobei die Umschalteinrichtung den entsprechen
den Schaltzustand haben muß. Der Verstärker 60 besitzt
einen von der Steuereinrichtung 15 gesteuerten Stumm
schalteingang, über den er gesperrt werden kann, so daß
die Verstärkung praktisch Null ist. Der Ausgang des Ver
stärkers ist mit den ersten Eingängen zweier multipli
kativer Mischstufen 61 und 62 verbunden, die jeweils ein
dem Produkt ihrer Eingangssignale entsprechendes Ausgangs
signal liefern. Den zweiten Eingängen der Mischstufen 61
und 62 wird ein Signal mit der Frequenz des Oszillators 40
zugeführt, wobei zwischen den Signalen an den beiden Ein
gängen eine Phasenverschiebung von 90° besteht. Diese
Phasenverschiebung wird mit Hilfe eines 90° Phasendreh
gliedes 48 erzeugt, dessen Ausgang mit dem Eingang der
Mischstufe 62 und dessen Eingang mit dem Eingang derMisch
stufe 61 und mit dem Ausgang des Oszillators 40 verbunden
ist.
Die Ausgangssignale der Mischstufen 61 und 62 werden über
Filter 63 und 64 die die vom Oszillator 40 gelieferte
Frequenz sowie alle darüber liegenden Frequenzen unter
drücken, je einem Analog-Digital-Wandler 65 bzw. 66 zuge
führt. Vorzugsweise sind die Filter so gestaltet, daß sie
ein mittels der Steuereinrichtung 15 vorgebbares Frequenz
band durchlassen. Die Analog-Digital-Wandler setzen die
analogen Signale der einen Quadratur-Demodulator bildenden
Schaltung 61..64 in digitale Datenworte um, die einem
Speicher 14 zugeführt werden. Die Analog-Digital-
Wandler 65 und 66 sowie der Speicher 14 erhalten ihre
Taktimpulse von einem Taktimpulsgenerator 16, der über
eine Steuerleitung von der Steuereinrichtung 15 blockiert
bzw. freigegeben werden kann, so daß nur in einem durch
die Steuereinrichtung 15 definierten Meßintervall die von
der Hochfrequenzspule 11 empfangenen, in den Nieder
frequenzbereich transponierten Signale in eine Folge
digitaler Datenworte umgesetzt und in dem Speicher 14 ge
speichert werden können.
Die drei Spulen 3, 5 und 7 werden von Strom
generatoren 23, 25 und 27 jeweils mit einem Strom ver
sorgt, dessen zeitlicher Verlauf durch die Steuerein
heit 15 steuerbar ist. Die im Speicher 14 gespeicherten
Datenworte bzw. Abtastwerte werden einem Rechner 17 zuge
führt, der daraus durch eine zweidimensionale diskrete
Fourier-Transformation die räumliche Verteilung der Kern
magnetisierung in einer Schicht ermittelt und an einem
Monitor 18 ausgibt.
In Fig. 3 ist die zeitliche Lage der Hochfrequenzimpulse
und der durch die Spulen 3, 5 und 7 erzeugten magnetischen
Gradientenfelder für eine Spin-Echo-Sequenz dargestellt.
Zur Zeit t 1 wird ein 90°-Hochfrequenzimpuls HF 1 erzeugt
(erste Zeile). Während dieses Hochfrequenzimpulses liefert
der Stromgenerator 23 einen Strom, so daß ein magnetisches
Gradientenfeld 67 wirksam ist (zweite Zeile), dessen
Polarität nach dem Ende des Hochfrequenzimpulses
umgeschaltet wird. Der zeitliche Verlauf des magnetischen
Gradientenfeldes Gz ist dabei so gewählt, daß das
zeitliche Integral über dieses Feld von der Zeit t 1 (d.h.
von der Mitte des Hochfrequenzimpulses HF 1) bis zum
Ausschalten des magnetischen Gradientenfeldes gerade den
Wert Null hat. Wie Fig. 4 zeigt, wird durch den Hoch
frequenzimpuls HF 1 in Verbindung mit dem magnetischen
Gradientenfeld Gz im Kopf der zu untersuchenden Person
eine zur z-Richtung senkrechte Schicht 100 angeregt, deren
Dicke durch die Bandbreite des Hochfrequenzimpulses HF 1
und den Betrag des Gradienten von Gz bestimmt ist.
Nach dem Hochfrequenzimpuls HF 1 wird ein magnetisches
Gradientenfeld Gy eingeschaltet (dritte Zeile), das vor
dem nächsten Hochfrequenzimpuls wieder ausgeschaltet
wird. Dadurch erfährt die Kernmagnetisierung in der
Schicht eine Phasendrehung, deren Größe von der Position
in y-Richtung und von der Größe des von Sequenz zu Sequenz
in Stufen geänderten Gradienten Gy abhängt. Dieser
Gradient wird daher üblicherweise "Phasenkodierungs
gradient" oder "Präparationsgradient" genannt.
Zur Zeit t 2 wird ein 180°-Impuls HF 2 erzeugt (erste
Zeile), und während dieses Hochfrequenzimpulses ist
wiederum das magnetische Gradientenfeld Gy eingeschaltet
- jedoch mit einem in allen Sequenzen konstanten
Gradienten.
Der Hochfrequenzimpuls HF 2 und das Einschalten des
magnetischen Gradientenfeldes Gy, während dieses Impulses
bewirken zweierlei: In einer zur y-Richtung senkrechten
Scheibe, deren Schnittbereich mit der Schicht 100 mit 110
bezeichnet ist, wird die Kernmagnetisierung invertiert.
Die Lage und die Dicke der Scheibe hängen von der Mitten
frequenz des Hochfrequenzimpulses HF 2 bzw. von seiner
Bandbreite und der Größe des Gradienten Gy ab. Das
Invertieren der Kernmagnetisierung in den außerhalb der
Schicht 100 befindlichen, zuvor nicht angeregten Bereichen
der Scheibe hat kein Kernresonanzsignal zur Folge; durch
das Invertieren der Kernmagnetisierung innerhalb des
Streifens 110 wird jedoch dort ein Spin-Echo-Signal her
vorgerufen. In den außerhalb des Streifens 110 liegenden
Bereichen der Schicht 100 wird die Kernmagnetisierung
durch das während des zweiten Hochfrequenzimpulses wirk
same magnetische Gradientenfeld Gy dephasiert. Diese
Bereiche liefern daher keinen Beitrag zum Spin-Echo-
Signal.
Zwischen den beiden Hochfrequenzimpulsen HF 1 und HF 2 und
nach dem zweiten Hochfrequenzimpuls HF 2 wird das
magnetische Gradientenfeld Gx ein- und ausgeschaltet. Der
zeitliche Verlauf dieses magnetischen Gradientenfeldes ist
so gewählt, daß das zeitliche Integral über dieses
Gradientenfeld im Interval t 1, t 2 genauso groß ist, wie im
Interval t 2, t 3, wobei t 3 der Bedingung
t 3 - t 2 = t 2 - t 1
genügen muß. Während der Einschaltung des magnetischen
Gradientenfeldes Gx nach dem zweiten Hochfrequenz
impuls HF 2 wird durch die Steuereinrichtung 15 der Takt
generator 16 freigegeben, so daß das an den Ausgängen der
Filter 63 und 64 anliegende analoge Spin-Echo-Signal in
eine Folge von Datenworten umgesetzt wird, die in dem
Speicher 14 gespeichert werden. Da während dieser Meßwert
aufnahme ein magnetsiches Gradientenfeld Gx mit in
x-Richtung verlaufendem Gradienten anliegt, hängt die
Frequenz der Spin-Echo-Signale linear von der Position in
x-Richtung ab. Wenn daher von dem Streifen 110 nur der
Teilbereich 120 von diagnostischem Interesse ist, müssen
von dem Spin-Echo-Signal lediglich die Frequenzbereiche
verarbeitet werden, die diesem Teilbereich räumlich zuge
ordnet sind. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die
Filter 63, 64 durch die Steuereinheit 15 so gesteuert
werden, daß nur dieser Frequenzbereich des Spin-Echo-
Signals die Analog-Digital-Wandler 65 und 66 erreichen
kann. Jedoch ist es auch möglich, die Filter 63 und 64 so
auszulegen, daß der Nutzfrequenzbereich nicht beschnitten
wird (die Filter können dann Tiefpässe mit fester Frequenz
sein) und nach der Fourier-Transformation des komplexen
Spin-Echo-Signals diejenigen Spektralkomponenten wegzu
lassen, die höheren oder niedrigeren Frequenzen zugeordnet
sind.
Es sei angenommen, daß die Abmessungen der Schicht 100 in
x- und y-Richtung jeweils 256 Pixeln entsprechen soll und
es sei weiter davon ausgegangen, daß der diagnostisch
relevante Bereich 120 in y-Richtung eine Ausdehnung hat,
die 64 Pixeln entspricht. Dann müßten zur Abbildung der
gesamten Schicht 256 Sequenzen durchgeführt werden, wobei
von Sequenz zu Sequenz lediglich der Präparationsgradient
bzw. das zeitliche Integral über diesen Gradienten in
gleich großen Stufen geändert wird. Hingegen sind zur
Messung der Kernmagnetisierungsverteilung in dem Streifen
110 bzw. in dem diagnostisch interessanten Bereich 120
lediglich 64 Sequenzen erforderlich; die Meßzeit wird also
um den Faktor 4 reduziert. Damit die gleiche räumliche
Auflösung erzielt wird wie bei der Meßung der
Kernmagnetisierungsverteilung der gesamten Schicht 100,
muß der Maximalwert des Zeitintegrals über den
Präparationsgradienten unverändert bleiben; jedoch muß
dieser Wert von Sequenz zu Sequenz in Stufen geändert
werden, die im umgekehrten Verhältnis zu den Abmessungen
des abgebildeten Bereichs in y-Richtung stehen (im vor
liegenden Fall also 256/64 = 4), d.h. die Stufen sind
viermal so groß wie bei der Messung der Kernmagnetisie
rungsverteilung in der gesamten Schicht.
Wie vorstehend erläutert, kann für die Erfassung des
Bereiches 120 die Meßzeit reduziert werden - bei unver
ändertem räumlichen Auflösungsvermögen. Es ist jedoch auch
möglich, die Meßzeit beizubehalten und das räumliche Auf
lösungsvermögen zu vergrößern, soweit es das Signal/
Rausch-Verhältnis zuläßt. In diesem Fall wird der Maximal
wert des Gradienten (genauer: des Zeitintegrals über
diesen Gradienten) um den Faktor 4 vergrößert, so daß sich
auch die aufgelöste Raumfrequenz um den Faktor 4 ver
größert. Dieser Maximalwert wird von Sequenz zu Sequenz in
256 gleichgroßen Stufen geändert. Die damit einhergehende
Verbesserung des Auflösungsvermögens in Richtung des
Präparationsgradienten macht nur Sinn, wenn dem eine ent
sprechende Vergrößerung des Auflösungsvermögens in der
(x-) Richtung des Meßgradienten gegenübersteht. Dies kann
auf zweierlei Weise erreichet werden:
Zum einen kann das Meßintervall, innerhalb dessen das
Kernresonanzsignal abgetastet wird, vergrößert werden (bei
unverändeter Abtastfrequenz). Zum anderen kann der Meß
gradient Gx vergrößert werden, was aber eine entsprechende
Vergrößerung der Abtastfrequenz, mit der das Kernresonanz
signal abgetastet und in ein digitales Datenwort umgesetzt
wird, voraussetzt. Beide Möglichkeiten können auch
gemeinsam angewandt werden.
Es leuchtet ein, daß die Verringerung der Meßzeit und die
Erhöhung des Auflösungsvermögens miteinander kombiniert
werden können; beispielsweise kann in dem angenommen Bei
spiel die Meßzeit um den Faktor 2 verringert werden (indem
nur 128 Sequenzen erzeugt werden) und das Auflösungs
vermögen um den Faktor 2 erhöht werden (indem beispiels
weise der Phasenkodierungsgradient Gy und der
Meßgradient Gx jeweils um den Faktor 2 erhöht werden).
Damit die Lage des Streifens 110 den diagnostischen An
forderungen angepaßt werden kann, muß die Frequenz des
Oszillators 40 (Fig. 2) einstellbar sein. Damit die Breite
dieses Bereiches geändert werden kann, muß die Bandbreite
des 180°-Hochfrequenzimpulses HF 2 und/oder die Größe des
während dieses Hochfrequenzimpulses wirksamen
Gradienten Gy veränderbar sein.
Fig. 5 zeigt die zeitliche Lage der Signale bei einem
erfindungsgemäß modifizierten Verfahren zur Gewinnung von
stimulierten Echosignalen. Dabei wird zunächst ein
frequenzselektiver 90°-Hochfrequenzimpuls HF 1 erzeugt.
Dieser Impuls ist nicht schichtselektiv, d.h. während
seiner Dauer ist kein magnetisches Gradientenfeld
wirksam. Der frequenzselektive Hochfrequenzimpuls ist ein
binomialer Hochfrequenzimpuls, der aus vier Teilimpulsen
besteht, deren zeitlicher Abstand und Mittenfrequenz so
bemessen sind, daß im Untersuchungsbereich die Kern
magnetisierung entweder nur im Fett oder im Wasser ange
regt wird.
In dem zeitlichen Intervall zwischen diesem Hochfrequenz
impuls HF 1, dessen Mitte bei t 1 liegt, und dem darauf zur
Zeit t 2 folgenden zweiten Hochfreqenzimpuls HF 2 wird das
magnetische Gradientenfeld Gy mit von Sequenz zu Sequenz
geänderter Größe des (Präparations-) Gradienten einge
schaltet. Der zweite Hochfrequenzimpuls HF 2 ist ebenfalls
ein 90°-Impuls, jedoch wird er von einem magnetischen
Gradientenfeld Gz begleitet, das jedoch schon zuvor mit
umgekehrter Polarität eingeschaltet wird, so daß das
zeitliche Integral über dieses Feld zur Zeit t 2 gerade den
Wert Null hat. Zur Zeit t 3 folgt der dritte Hochfrequenz
impuls HF 3, ebenfalls ein 90°-Impuls, der von einem
magnetischen Gradientenfeld begleitet wird, dessen
Gradient (Gy) in der gleichen Richtung verläuft wie der
Präparationsgradient. Während der zweite Hochfrequenz
impuls HF 2 die Schicht 100 definiert, wird durch diesen
dritten Hochfrequenzimpuls HF 3 Lage und Ort des
Streifens 110 (Fig. 4) bestimmt.
Das stimulierte Echosignal tritt zur Zeit t 4 auf, wobei
gilt
t 4 - t 3 = t 2 - t 1
Der währenddessen eingeschaltete Meßgradient Gx, der
senkrecht zu den mit dem zweiten und dem dritten
Hochfrequenzimpuls verbundenen Gradienten verläuft, ist
auch zwischen den beiden ersten Hochfrequenzimpulsen
eingeschaltet, wobei das Integral über diesen Gradienten
im Intervall von t 1 bis t 2 genauso groß sein muß, wie im
Intervall von t 3 bis t 4. Nach dem dritten Hochfrequenz
impuls HF 3 und während der Meßgradient Gx eingeschaltet
wird, wird durch die Steuereinheit 15 der Takt
oszillator 16 freigegeben (vergl. Fig. 2), so daß das
stimulierte Echosignal durch die Analog-Digital-Wandler 65
und 66 in digitale Datenworte umgesetzt und im Speicher 14
als Folge von Datenworten gespeichert wird.
Nachdem auf diese Weise bei sämtlichen Sequenzen - mit von
Sequenz zu Sequenz in Stufen verändertem Präparations
gradienten Gy - die auftretenden stimulierten Echosignale
digitalisiert und gespeichert sind, erfolgt in der Rechen
einheit 17 eine zweidimensinale Fourier-Transformation,
aus der sich die Kernmagnetisierungsverteilung im
Bereich 120 ergibt. Diese Kernmagnetisierungsverteilung
wird auf dem Monitor 18 sichtbar gemacht. Diese Monitor
darstellung kann derart erfolgen, daß der Bildbereich 120
genauso groß dargestellt wird, wie bei der Darstellung der
gesamten Schicht; er kann jedoch auch so erfolgen, daß der
Bereich 120 das gesamte Bild einnimmt. Es ergibt sich da
durch eine Art von Zoom-Effekt.
Claims (10)
1. Kernspintomographieverfahren zur Bestimmung der
räumlichen Verteilung der Kernmagnetisierung in einer zur
einer ersten Richtung senkrechten Schicht eines Unter
suchungsbereiches, wobei in Anwesenheit eines homogenen
stationären Magnetfeldes eine Anzahl von Sequenzen auf
einen Untersuchungsbereich einwirkt, wobei jede Sequenz
wenigstens zwei schichtselektive Hochfrequenzimpulse um
faßt, wobei außerhalb der Hochfrequenzimpulse ein Magnet
feld mit einem in einer zweiten zur ersten Richtung
senkrechten Richtung verlaufenden Gradienten eingeschaltet
wird, dessen Größe und/oder Einschaltdauer von Sequenz zu
Sequenz geändert wird und wobei im Anschluß an die Hoch
frequenzimpulse in Anwesenheit eines Magnetfeldes mit
einem in einer dritten, zu den beiden ersten Richtungen
senkrechten Richtung verlaufenden Gradienten ein
Echosignal empfangen und abgetastet wird, woraus die
Verteilung der Kernmagnetisierung mitteils einer
zweidimensionalen Fouriertransformation rekonstruiert
wird,
dadurch gekennzeichnet, daß während eines der Hoch
frequenzimpulse ein Magnetfeld mit einem in der zweiten
Richtung verlaufenden Gradienten eingschaltet ist und daß
die Bandbreite des einen Hochfrequenzimpulses und/oder
der Betrag des Gradienten des damit einhergehenden
Magnetfeldes einstellbar ist, so daß dadurch die
Kernmagnetisierung in einem einstellbaren Teil des
Untersuchungsbereiches beeinflußt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kernresonanzsignale ge
filtert werden, so daß nur Kernresonanzsignale innerhalb
eines vorzugsweise vorgebbaren Frequenzbandes zur Rekon
struktion verwendbar sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Sequenz einen 90°-Hoch
frequenzimpuls (HF 1) in Verbindung mit einem Magnet
feld (Gz) umfaßt, dessen Gradient in der ersten Richtung
verläuft, daß nach dem ersten Hochfrequenzimpuls ein
180°-Hochfrequenzimpuls (HF 2) in Verbindung mit einem
Magnetfeld mit einem in der zweiten Richtung wirksamen
Gradienten (Gy) eingeschaltet wird und daß das Spin-Echo-
Signal zur Rekonstruktion herangezogen wird (Fig. 3).
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Sequenz drei 90°-Hoch
frequenzimpulse (HF 2, HF 3) umfaßt, daß mit zwei dieser
90°-Hochfrequenzimpulse ein Magnetfeld einhergeht, dessen
Gradient (Gz, Gy) während des einen Hochfrequenzimpulses
in der ersten und während des anderen Hochfrequenzimpulses
in der zweiten Richtung verläuft und daß das nach dem
dritten Hochfrequenzimpuls (HF 3) auftretende Stimulierte-
Echo-Signal zur Rekonstruktion herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,daß während des ersten 90°-Hoch
frequenzimpulses das Magnetfeld keinen Gradienten auf
weist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste 90°-Hochfrequenz
impuls ein frequenzselektiver Impuls ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste 90°-Hochfrequenz
impuls ein binomialer Hochfrequenzimpuls ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Präparationsgradient nach
dem ersten 90°-Hochfrequenzimpuls eingeschaltet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld mit dem in der
dritten Richtung verlaufenden Gradienten zwischen dem
ersten und dem zweiten Hochfrequenzimpuls und nach dem
letzten Hochfrequenzimpuls der Sequenz eingeschaltet wird
und daß der zeitliche Verlauf des Magnetfeldes so gewählt
ist, das in einem zeitlichen Abstand vom letzten Hoch
frequenzimpuls, der dem zeitlichen Abstand zwischen dem
ersten und dem zweiten Hochfrequenzimpuls entspricht das
Zeitintegral über diesen Gradienten vom letzten Hoch
frequenzimpuls an den gleichen Wert hat wie das Zeit
integral über diesen Gradienten zwischen dem ersten und
dem zweiten Hochfrequenzimpuls.
10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Magneten zur Erzeugung
eines homogenen stationären Magnetfeldes, einer Hoch
frequenzspule zur Erzeugung von Hochfrequenzanregungs
impulsen, Gradientenspulen zur Erzeugung von magnetischen
Gradientenfeldern mit in unterschiedlichen Richtung ver
laufenden Gradienten, einer Steuereinrichtung zur
Steuerung des zeitlichen Verlaufs, der mit den Gradienten
spulen erzeugten Felder und einer Rekonstruktionseinheit
zur Rekonstruktion der Kernmagentisierungsverteilung aus
den Kernresonanzsignalen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit so
programmiert ist, das während eines Hochfrequenzimpulses
ein Magnetfeld mit einem in einer ersten Richtung ver
laufenden Gradienten eingeschaltet ist, daß während eines
anderen Hochfrequenzimpulses ein Magnetfeld mit einen in
einer zweiten Richtung verlaufenden Gradienten einge
schaltet ist und daß beim Empfang eines Kernresonanz
signals ein Magnetfeld mit einem in einer dritten Richtung
verlaufenden Gradienten eingeschaltet ist, wobei die drei
Richtungen zueinander senkrecht stehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883812778 DE3812778A1 (de) | 1988-04-16 | 1988-04-16 | Kernspintomographieverfahren zur bestimmung der raeumlichen verteilung der kernmagnetisierung in einer schicht und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883812778 DE3812778A1 (de) | 1988-04-16 | 1988-04-16 | Kernspintomographieverfahren zur bestimmung der raeumlichen verteilung der kernmagnetisierung in einer schicht und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3812778A1 true DE3812778A1 (de) | 1989-10-26 |
Family
ID=6352177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883812778 Withdrawn DE3812778A1 (de) | 1988-04-16 | 1988-04-16 | Kernspintomographieverfahren zur bestimmung der raeumlichen verteilung der kernmagnetisierung in einer schicht und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3812778A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0392574A2 (de) * | 1989-03-04 | 1990-10-17 | Philips Patentverwaltung GmbH | Verfahren zur lokalisierten Kernresonanzspektroskopie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
-
1988
- 1988-04-16 DE DE19883812778 patent/DE3812778A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0392574A2 (de) * | 1989-03-04 | 1990-10-17 | Philips Patentverwaltung GmbH | Verfahren zur lokalisierten Kernresonanzspektroskopie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
EP0392574A3 (de) * | 1989-03-04 | 1991-02-06 | Philips Patentverwaltung GmbH | Verfahren zur lokalisierten Kernresonanzspektroskopie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
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