DE3812778A1 - Kernspintomographieverfahren zur bestimmung der raeumlichen verteilung der kernmagnetisierung in einer schicht und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

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.