NL7905614A - Werkwijze en inrichting voor het optekenen van lijnen van nucleaire dichtheid binnen een voorwerp onder gebruikmaking van nucleaire magnetische resonantie. - Google Patents

Description

* * >-ι

The Regents of the University of California, te Berkeley, Californië, Verenigde Staten van Amerika

Werkwijze en inrichting voor het optekenen van lijnen van nucleaire dichtheid hinnen een voorwerp onder gebruikmaking van nucleaire magnetische resonantie

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een doorsnedebeeld van relatieve nucleaire dichtheden binnen een object. Meer in het bijzonder heeft zij betrekking op toepassing van nucleaire magnetische resonantietechnieken ^ voor het in vivo in kaart brengen van lijnen van resonerende kerndicht-heden in een mens of een ander dier.

De op het ogenblik in gebruik zijnde technieken voor het onderzoek van een lichaam zonder dat binnen te gaan maken gebruik van röntgenstralen (bijvoorbeeld met computers werkende tomografie) en ultra-jq sonore procedures. Een andere methode, waarbij niet naar binnen behoeft te worden gegaan, maakt gebruik van nucleaire magnetische resonantie (HMR) voor het verkrijgen van een doorsnedebeeld van de kerndichtheden binnen een lichaam. Eet gemiddelde atoomnummer (Z) van kernen in tumors heeft de neiging beduidend te verschillen van dat van normaal weefsel.

^ Waterstofkerndichtheden, die met HMR-technieken gedetecteerd worden, worden op het ogenblik een sterke aanwijzing geacht op veranderingen in het gemiddelde atoomnummer Z in veefsels, aangezien waterstof de meest aanwezige kern met een oneven kerngetal is, dat aanwezig is in levend weefsel. KMR is bijzonder geschikt voor het in kaart brengen van de relatieve 2o waterstofkerndichtheden binnen levend weefsel.

In het algemeen zijn de principes van kernen bekend. Alle kernen met een oneven aantal protonen en neutronen (dat wil zeggen een oneven kerngetal) gedragen zich in feite als kleine magneten. Wanneer zij in een stationair uitwendig magnetisch veld worden gebracht, preseceert 25 de magnetische as van deze kernen (en bijgevolg de atomen) onder een hoek met de as van het aangelegde veld en ontwikkelt een magnetisch moment op "spin" bij de zogenaamde Larmor-frequenties. De Larmor-frequentie (Fq) 7905814

* V

4

V

- 2 _ houdt verband met het magnetische veld (BQ) ter plaatse van de kern door de betrekkingvariatie fq * 2 ~ïf y Bq; waarin een constante is. De magnetogerische verhoudingsconstante van een bepaald type van de kern.

Het is bekend, dat de richting van het netto hoekmoment of ' 5 de spin van een groep kernen (en bijgevolg hun netto magnetische as) gereorienteerd kan worden ten opzichte van het uitwendige veld door elektromagnetische signalen van een frequentie, die gelijk is aan de Larmor-frequentie. Het elektromagnetische signaal zwenkt (heroriënteert) de netto-spin van de (op de Larmor-frequentie) resonerende kernen in een mate, die afhangt van zijn amplitude en duur. De richting van de zwenking is een functie van de fase van het elektromagnetische signaal ten opzichte van de kemprecessie om het aangelegde magnetische veld.

Wanneer wordt aangenomen dat de kernspinnen aanvankelijk geannuleerd zijn en vervolgens geheroriënteerd worden dwars op de aanvankelijke richting, zal de wijziging van de oriëntatie van de magnetische ^ 5 assen van de kernen een kenmerkend hoogfrequent signaal opwekken in een spoel, die met een hoogfrequent signaal-ontvanger is verbonden. Repolari-satie (weer anigleren ten opzichte van het aangelegde veld) zal daarna optreden in overeenstemming met een (longitudinale) spinroosterrelaxatie-tijd τΓ 2q Wanneer een magnetische veldgradient in het voorwerp be staat, of niet homogeniteiten binnen het aangelegde magnetische veld aanwezig zijn, zullen kernen, die dezelfde magnetogerische constante y hebben verschillende Larmor-frequenties hebben in afhankelijkheid van hun plaats binnen het voorwerp. Een volume kernen in het voorwerp 25 kan tögevolg geacht worden een bereik van precessiefrequenties te hebben, die gecentreerd zijn om een bepaalde Larmor-frequentie.

Bij voorkeur wordt het thans te beschrijven kernproces waargenomen vanuit een roterend referentie-assenstelsel, dat met de Larmor-frequentie roteert, zodanig dat een magnetisch kernmoment^u, dat 20 nauwkeurig met de Larmor-frequentie presensseert, stilstaand wordt waargenomen. In dit referentie-assenkruis wordt de macroscopische magnetisatie M gewoonlijk gealigneerd (tot na heroriëntatie) met de richting van het aangelegde magnetische veld Bq.

Wanneer kernrealignering optreedt, beginnen de relatieve 790 5 6 1 4 > * 3 % fasen van de afzonderlijke spin (waarbij fase wordt gedefinieerd als de hoek tussen de projectie van de spin op een vlak in het roterende referen-tie-assenkruis en een as in dit vlak, die door de rotatie-as gaat) te divergeren, aangezien sommige kernen sneller en sommige langzamer preces-5 seren dan de centrale Larmor-frequentie. Er heeft bijgevolg een geleidelijke "de faseren" plaats van de afzonderlijke kemspin en een daarop volgend verlies van de fasecoherentie. Aanvankelijk, na de heroriëntatie wordt een betrekkelijk sterke spanning in de ontvangerspoelen geïnduceerd, die geleidelijk afneemt in amplitude, dankzij de energie-uitwisseling 10 tussen spin (spin-spinrelaxatietijd Tg) en de de defasering van de spins, die beide cumulatief gekenmerkt worden door de relaxatietijd T g.

Dit signaal wordt het vrije inductieverval (free induction decay FID) genoemd.

Zoals bekend is kan een "spin-echo" of een daaropvolgende weergave van de FID gegenereerd worden, door de desbetreffende spins terug te brengen tot fasecoherentie.

Indien bijvoorbeeld op een tijdstip X nadat de kernspins geheroriënteerd zijn (bijvoorbeeld 90° ten opzichte van een beginrichting) door een eerste afektromagnetische puls van geschikte frequentie, grootte 20 en duur (in het volgende een 90° puls genoemd) wordt een verder elektromagnetisch signaal van geschikte frequentie, grootte en duur aangelegd om een zwenking over 180° van de kernspins tot stand te brengen (in het volgende een 180° puls genoemd) waardoor elke afzonderlijke spin in feite over 180° gedraaid wordt (in het roterende assekruis). Dit betekent, dat 25 de fase die het tegengestelde is van de fase, ‘die geaccumuleerd werd voor de 180° puls. De accumulatie van verdere fase-afwijkingen voor individuele kernspins is dezelfde als eerder en bijgevolg komen op het tijdstip 2 T (na de eerste storing) alle afzonderlijke spins in fasecoherentie (de negatieve fase heft de verdere geaccumuleerde fase op). Op deze wijze 30 wordt een zogenaamde "spin-echo" van de FID opgewekt. De piekamplitude van de spin-echo is afhankelijk van de dvarsrelaxatietijdconstante Tg.

De spin-echo bevat in feite een spiegelbeeld en echo van de FID, gecentreerd om een tijdstip 2 X na de eerste verstoring.

Er wordt op gewezen, dat de spin-echo altijd een piek-35 waarde heeft in een tijdsperiode na het aanleggen van de 180° puls, die 7905614 4 * % 4 k gelijk is aan de tijdsperiode tussen het aanleggen van de beginverstoring (90° puls, die de FID onttrekt) en het aanleggen van de 180° puls. Dit verschijnsel zal in het volgende vorden aangeduid als de "wet van gelijke tijden”.

5 Voor een uitvoerige beschrijving van de hoofdprincipes van NMR wordt verwezen naar Farrar and Becker "Pulse and Fourier Transform NMR Introduction to Theory and Methodes", Academic Press, New York, 1971· Hoewel NMR-technieken lang zijn gebruikt bij het meten van magnetische velden en chemische analyses, is NMR slechts recentelijk toegepast op 10 medisch onderzoek. In het algemeen zijn NMR beeldvormingstechnieken gebaseerd op de veronderstelling, dat door een monster bewust aan te brengen in een van stand veranderend magnetisch veld (een veld, dat een sterkte heeft, die in overeenstemming met de positie wijzigt) waarbij de Larmor-frequenties van de kernen, die zich op een andere positie bevinden, dien-15 overeenkomstig verschillen. Op deze wijze wordt een frequentiediscriminant verkregen tussen de spins van atomen op verschillende posities, en de spindichtheid van een eenheid of elementair volume binnen het aangestote volume van kernen wordt weergegeven door een bepaalde frequentiecomponent van de FID.

20 Beeldvormingstechnieken, waarbij NMR wordt gebruikt, vallen op kenmerkende wijze uiteen in vijf categorieën: beeldvorming uit projectie; Fourier:-afbeelding; FONAR; sensitieve puntafbeelding; en afbeelding door selectieve bestraling.

De beeldvorming op grond van projectietechnieken houdt het 25 opwekken in van een veelvoud van projecties uit vele verschillende oriëntaties, door bijvoorbeeld een lineaire veldgradient op te wekken binnen een voorwerp en een indimensionale projectie van kerndichtheden in de richting, die door de gradient bepdald wordt, op te tekenen. Een beeld wordt dan uit de projecties gereconstrueerd met wiskundige technieken, 30 die analoog zijn aan degene die gebruikt worden bij rontgentomografie.

Een dergelijke methode is bijvoorbeeld beschreven door Lauterbur, Nature, 2k2 : 190, Maart 1973.

De FONAR-techniek gebruikt gevormde magnetische velden, die over het voorwerp worden aangelegd, zodanig dat slechts een kleine 35 resonantievenster binnen het monster een NMR-signaal opwekt. Het sensi- 7905614 5 yr Φ tieve gebied wordt dan afgetast door bet voorwerp, bijvoorbeeld door fysieke beweging. Voor een beschrijving van de FONAR-techniek wordt verwezen naar Damadian en andere ''Focusing Nuclear Magnetic Resonance (FONAR)", Visualization of a Tumor in a Live Animal, Science, vol. 19^, 5 biz. 1^30 tot 1^32 van december 1976 en Amerikaans octrooischrift 3.789.932.

Be sensitieve puntafbeeldingstechniek, eveneens bekend als spinkaartering, is een methode, waarmede het NMR-signaal uit bepaalde eenheidsvolumes opeenvolgend wordt opgetekend.. Een magnetische veldgra-dient, die wisselt bij een van te voren bepaalde lage frequentie (van de orde van 50 Hz) wordt dan langs één as van het voorwerp opgewekt. Het NMR-signaal uit alle elementen in het voorwerp wordt op deze wijze gemoduleerd op deze frequentie van de gradientwijziging, met uitzondering van de protonen, die zich in het nulvlak van de gradient bevinden. Dergelijke wisselende gradiënten kunnen met asynchrone frequenties worden aangelegd met de dwarsassen om in feite een nulpunt in het voorwerp te detecteren op het snijpunt van de gradientnulvlakken. Geschikte laagdoorlatende filtering geeft op deze wijze een aanvijzing^van NMR-signaal vanuit het snijpunt van de drie nulvlakken. Aftasting van het rastertype van het voorwerp wordt verkregen door de relatieve gradiënten te variëren. Een 2o dergelijke sensitieve puntbeeldvormingstechniek is beschreven door Hinshaw, Journal of Applied Physics, vol. Vf, No. 8, augustus 1976·

Een meervoudige sensitieve puntmethode, waarin gebruikt gemaakt wordt van twee orthogonale alternerende gradiënten voor het definiëren van een nullijn en een reeks coherente op gelijke afstand van 25 gelegen in fase wisselende resonantiehoogfrequente keten, is toegelicht door Andrew en andere in NMR Images by-Multiple Sensitive Point Method, Application to Larger Biological Systems," Phys. Med. Biol. 1977» vol.

22, No. 5, 971 - 97^, 1977· Aangegeven wordt, dat discrete Fourier-transformatie van het signaal, dat tussen de hoogfrequente pulsen ont-2o vangen wordt, gebruikt wordt voor het verkrijgen van aanwijzingen op de protonendichtheid langs de snijlijn van de twee nulvlakken van wisselende gradient.

Fourier-afbeeldingstechnieken gebruiken in het algemeen een beginhoogfrequente impuls voor het heroriënteren van de spins van 25 de protonen van het voorwerp over 90°. Gedurende het verkregen FID- 7905614 a * \ > 6 signaal, wordt het voorwerp ondervorpen aan opeenvolgende gradiënten, die in snelle opeenvolging langs de drie hoof<3fcartesiaanse assen van het stelsel worden aangelegd. Het FID-signaal wordt steekproefsgewijze bepaald hij afwezigheid van de laatst aangelegde gradient, en een driedi-5 mensionele Fourier-transförmatie wordt uitgevoerd door het ontwikkelen van een driedimensionaal beeld. Twee-dimensionale Fourier-transf ormatie-methoden zijn eveneens bekend. Voor een bespreking van de Fourier HMR-technieken wordt verwezen naar tumor en andere "NMR-Fourier Zeugmato-graphy" Journal of Magnetic Resonance 18 : 69-83 (1957)· 10 Beeldvorming met selectieve bestralingstechnieken houdt het gebruik in van een opeenvolging van elektromagnetische pulsen met van te voren bepaalde frequentiespectra. Een eerste magnetische gradient wordt langs een bepaalde as aangelegd en het voorwerp wordt bestraald door opeenvolging van elektromagnetische pulsen met een gecombineerd 15 frequentiespectrum, dat een gelijke intensiteit heeft bij alle Larmor- frequenties door het voorwerp met uitzondering van een smalle band. Dientengevolge zal door de bestraling elke kern binnen het voorwerp, met uitzondering van een smal vlak, vervaardigd worden. De vervaardigde atomen zijn daardoor niet gevoelig voor verdere elektromagnetische signalen ge-20 durende een tijdsperiode van de orde van de spinroosterrelaxatietijd-constante T^. De eerste magnetische gradient wordt vervangen door een gradient langs een orthogonale richting en het voorwerp wordt weer bestraald door een opeenvolging van elektromagnetische pulsen, die dit keer een bandbreedte hebben, die overeenstemt met een bepaalde elementaire 25 band binnen het onverzadigde vlak. De tweede reeks pulsen zwenkt de spins van de atomen binnen de van te voren bepaalde band over 90°, hetgeen leidt tot het opwekken van een FID. De FID wordt dan opgetekend in aanwezigheid van een magnetische gradient in de derde orthogonale richting (langs de richting van de band) en een Fourier-transformatie wordt uitge-30 voerd voor het verkrijgen van de kerndichtheidsverdeling van de lijn.

Voor een meer uitvoerige beschrijving van de beeldvorming door selectieve bestraling wordtvbeschreven naar het Amerikaanse octrooischrift 1*.021.726.

Voor verdere beschrijvingen van de boven aangeduide ~ MR-beeldvormingstechnieken en andere technieken wordt verwezen naar de 35 volgende artikelen: P.C. Lauterbur et al., "Magnetic Resonance Zeugmato- 7905614 # * τ graphy” I8de Amper. Conf. 197**» Ρ· Mansfield P.K. Grannel & A.A. Maudsley, "Diffraction and Microscopy in Solids by MR," l8^e Amper. Conf. 197*+, PP· 531 - U32; P.C. Lauterbur, "Magnetic Resonance Zeugmatography"; P.C.

Lauterbur, "Flow Measurements by MR Zeugmatography," October 2*+» 1973; 5 P.C. Lauterbur, "Stable Isotope Distributions by MR," Proc. First International Conf. on Stable Isotopes Conf. 730525, May 9 - 18» 1973, pp.

255 - 260; P.C. Lauterbur, "Image Formation by Induced Local Interactions: Examples Employing Nuclear Magnetic Resonance," Nature, Vol. 21+2, 16 maart 1973, pp. 190- 191; P.C. Lauterbur et al., "ESR Zeugmatography - Distri-jq butions of Unpaired Electrons Within Objects," Gordon Conf. August 12-16, I97I+; P.C. Lauterbur et al., "In Vivo Studies of Cancer by NMR Zeugmatography, "Gordon Conf. August 12-16, 197*+; P.C. Lauterbur, "Reconstruction in Zeugmatography - The Spatial Resolution of Magnetic Resonance Signals",

Inti. Workshop on 3-D Image Reconstruction Techniques, July 16—19» 197*+; 15 A.N. Garroway, "Velocity Profile Measurements by NMR," 18 Amper. Conf.

197**» PP· *+35-*+36; W.S. Hinshaw, "The Applications of Time Dependent Field Gradients to NMR Spin Mapping," l8^e Amper. Conf. 197**» pp· **33-**3**, J.M.S. Hutchinson, J.R. Mallard & C.C. Goll, "In Vivo Imaging of Body cLe

Structures Using Proton Resonance," 18 Amper. Conf. 197**» Biz· 283 - 28*+; 20 P· Mansfield & A.A. Maudsley, "Line Scan Proton Spin Imaging in Biological Structures by NMR," Phvs. in Medicine and Biology 21 No. 5 (1976)» PP· 81+7 - 852; P.K. Grannel, "NMR Body Images," Physics Bulletin, March 1976, pp. 95 - 96; P.C. Lauterbur, D.M. Krammer, W.V. House, C. Chen, "Zeugmatographic High Resolution NMR Spectroscopy, Images of Chemical 25 Inhomogeneity Within Macroscopic Objects, "American Chemical Society Journal. 97 + 23, November 12, 1975; P· Mansfield & P.K. Grannel, "Diffraction and Microscopy in Solids and Liquids by NMR, " Physical Review B. Vol. 12, No. 9, November 1, 1975, pp· 3618 - 363**; P. Mansfield, A.A. Maudsley & T. Baines, "Fast Scan Proton Density Imaging by NMR," 30 J. of Physics E, Vol. 9, 1976, biz. 271 - 278; P.C. Lauterbur, "Bibliography on Magnetic Resonance Zeugmatography," June 3, 1975; A.N.

Garroway, P.K. Grannel & P. Mansfield, "Image Formation in NMR by a Selective Irradiative Process, " J.Phvs. C: Vol. 7» 197**, PP· **57 - **62; A. Kumar, D. Welt & R. Ernst, "NMR Fourier Zeugmatography," J. Mag. Res.

35 18, 69 - 83 (1975); P· Mansfield & A.A. Maudsley, "Medical Imaging by NMR",

British Journal of Radiology 50, 188 - 19** (1977); D.I. Hoult, 7905614 m % t w 8 "Zeugmatography: A criticism of the Concept of a Selective Pulse in the presence of a Field Gradient," J. Mag. Res. 26, 165 - 167 (1977)» R· Mansfield & A.A. Maudsley, "Planar Spin Imaging by NMR," J. of Physics C., Vol. 9, 1976, pp. IA09-M2; p. Mansfield, "Proton Spin Imaging by 5 Nuclear Magnetic Resonance," Contemporary Physics, Vol. 17» No. 6, 1976 pp. 553 - 576; R. Damadian et al., "Field Focusing Nuclear Magnetic Resonance (FONAR): Visualization of a Tumor in a Live Animal," Science,

Vol. 19^, 2k december 1976, pp. 1^30 - 1^31, E.R. Andrew, "Zeugmatography," IVth Amper. Summer School, Sept. 1976; W.S. Hinshaw, "Image Formation •JO by Nuclear Magnetic Resonance" The Sensitive Point Method," J. of Applied Physics, vol. U7, No. 8, August 1976; R. Damadian, M. Goldsmith & L, Minkoff, "NMR in Cancer: XVI FONAR Image of the Live Human Body,"

Physiol. Chem. and Phys.9, (1977)» pp* 97 - IO8; G.N. Holland & P.A. Bottomley, "A Colour Display Technique for NMR Imaging," J. of Physics E: 15 10 (1977) pp. 711* - 716; T. Baines & P. Mansfield, "An Improved Pinture

Display for NMR Imaging," Journal of Physics E: Scientific Instruments 9 (1976), pp. 809 — 8l 1; E.R. Andrew et al., "NMR Images by the Multiple Sensitive Point Method: Applications to Larger Biological Systems,"

Physics in Medicine and Biology 22, No. 5 971 - 97^ (1977); L.Minkoff, 20 R. Damadian, T.E. Thomas, N. Hu, M. Goldsmith, J. Koutcher & M. Stanford, "NMR in Cancer: XVII. Dewar for a 53-Inch Superconducting NMR Magnet," Physiol. Chem. and Phys. 9 (1977)» PP* 101 - 109; Ros Herman, "NMR Makes Waves in Medical Equiment Companies," New Scientist. January 12, 1978; L.E. Crooks, T.P. Grover, L. Kaufman & J.R. Singer, "Tomographic Imaging with 25 Nuclear Magnetic Resonance," Investigative Radiology. 13» 63 Jan-Feb.

1978; W.S. Hinshaw, P.A. Bottomley & G.N. Holland," Radiographic Thin-Selection Image of the Human Wrist by Nuclear Magnetic Resonance," Nature, Vol. 270, No. 22, 29 December, 1977» PP· 722 - 723; en T.C. Farrar & E.D. Becker, "Pulse and Fourier Transform NMR - Introduction to Theoryand 30 Methods," Academic Press, 1971» New York, pp. 1-33.

Verder wordt verwezen naar de volgende Amerikaanse octrooi-schriften 3-975-675, U.021.726, U.015.196, ^.03^.191, 3.789.832, 3.932.805, 3.651.396, en 3.999.118.

Er wordt op gewezen dat elke van de bovenbeschreven tech-35 nieken in verschillende opzichten nadelig is. Zo vergen bijvoorbeeld 7905614 0 * ... 9 technieken, die een beeld ontwikkelen uit projecties, uitvoerige deskundige bewerking van de gegevens. De FOHAR-techniek vergt kennelijk hetzij een buitengewoon complex stelsel voor het aftasten van het magnetische veld, of een middel voor het tot stand brengen van relatieve beweging 5 tussen het veld en het voorwerp.

De driedimensionale Fourier-transformatietechnieken vergen, dat alle vlakken tegelijkertijd een aantal malen wordt af getast teneinde voldoende gegevens te verkrijgen om de gegevens uit verschillende vlakken matematisch te kunnen scheiden. In driedimensionale Fourier-informatie-50 technieken wordt de herhalingssnelheid beperkt door de spinroosterrelaxa-tietijd van de kernen T^, aangezien elke bestraling het gehele spinstelsel beïnvloedt. Verder zijn grote computergeheugens nodig.

Beeldvormingstechnieken, die selectieve bestraling gebruiken, waarin het gehele voorwerp verzadigd wordt met uitzondering van een enkel vlak zijn nadelig doordat dergelijke stelsels niet gemakkelijk aangepast kunnen worden aan snelle opeenvolgende aftastingen van een aantal vlakken. Dit wil zeggen dat voor een tweede vlak onderzocht kan worden een voldoende tijd verlopen moet zijn om het voorwerp onverzadigd te laten worden.

De onderhavige uitvinding is gericht op een techniek, waar-20 in selectieve bestraling van het voorwerp met elektromagnetische pulsen wordt gebruikt voor het genereren van spin-echo's (in tegenstelling tot de detectie van vrije inductievervalsignalen (FID)), voor het vlot verkrijgen van een snelle aftasting van een aantal vlakken.

In het algemeen is, zoals reeds is aangegeven, het ver-25 schijnsel van spin-echo's bekend. In het verleden wordt de spin-echo echter in de eerste plaats gebruikt voor meting van de dwarsrelaxatietijd-constante Tg van een monster. Een voorbeeld van een stelsel, waarin spin-echo's gebruikt worden voor het meten van de relaxatietijd Tg in het in kaart brengen van aardformaties, waar een boorgat doorheen gaat, is in 30 het Amerikaanse octrooischrift 3.128.425 beschreven. Op overeenkomende wijzen beschrijft het Amerikaanse octrooischrift 3.213.355 een stelsel voor het meten van de afmetingen van een houder, waarbij spin-echo's gebruikt worden voor het bepalen van de dwarsrelaxatietijd Tg.

Mansfield en Maudsley, "Planar Spin Imaging by MR," 35 J. Phys. C: Solid Sate Physics. Vol. 9, 1976 (eerder genoemd) schijnen 7905814 - 10 aan te geven, dat nadat een F3D vervallen is, verschillende signaalher-fokusseringsmaatregelen (selectieve 180° pulsen, 90° pulsen en verschillende combinaties van tijdgradientomkeringen) gebruikt kunnen worden om het signaal terug te roepen voor het minderen van het signaal. Het 5 specifieke mechanisme van de herfokusseringsinrichtingen is evenwel niet in dit artikel beschreven. Op overeenkomende wijze schijnt het Amerikaanse octrooischrift 378.1650 een NMR-spectrometer te beschrijven, waarin FIDs en spin-echo's gecombineerd worden voor het beperken van interferentie.

10 Verder is in de eerder genoemde publikatie van Hoult (Journal of Magnetic Resonance, 26" 165 - 167 (1977)) aangegeven, dat de selectieve bestralingstechnieken het onnauwkeurigheidstheorema schenden, tenzij niet-lineariteiten, die in het ÏÏMR-stelsel aanwezig zijn, gebruikt worden. Hoult geeft aan, dat een rechthoekige selectieve puls een wijd 15 spectrum van frequenties bevat en dat gedurende de tijd dat de puls wordt toegepast de "geflipte spins" uit fase komen.

Hij stelt evenwel verder, dat de toestand onherstelbaar is, doordat, indien de veldgradient na de puls wordt omgekeerd, een echo-puls wordt gevormd en in het midden van de echo bij pulsen met een kleine 20 fasehoek alle spins fasen zijn.

Hoult's publikatie houdt in, dat de vorm van het uitgekozen gebied in wezen identiek is aan de vorm van het spectrum van de selectieve bestraling. De uitvinders van de onderhavige uitvinding hebben evenwel opgemerkt, dat, aangezien de reactie van nucleaire spins op 25 hoogfrequente magnetische velden niet lineair is, de vorm van het gekozen volume niet nauwkeurig overeenstemt met de vorm van het spectrum van het bekrachtigende hoogfrequente magnetische veld. Bijvoorbeeld zal een spectrum met een volmaakt rechthoekig blok frequenties een volume bekrachtigen, dat een frequentiebereik beslaat, dat iets ruimer is dan het blok 30 frequenties en de randen van het bekrachtigde volume zijn eerder hellend dan vertikaal. De vorm van het bekrachtigde volume kan berekend worden onder gebruikmaking van de blokvergelijkingen, die in Farrar en Becker blz. 7 en 8 beschreven zijn met een geschikt tijdafhankelijk hoogfrequent magnetisch veld dat het beschouwde frequentiespectrum heeft. Het gebruik 35 van de blokvergelijkingen bepaalt eveneens het faseverlies van de spins, 7905614 .. i\

» * V

dat optreedt gedurende de hoogfrequente impuls. Aangetoond kan bijgevolg worden, dat Hoult-gradienomkeersuggesties zelfs werkt voor zwaaihoeken (flip angles) die niet klein zijn. Voor een zwaaihoek van 90° is de gra-dientomkering, die nodig is voor het bereiken van een maximaal signaal 5 uit spins in het uitgekozen volume een omgekeerde gradient met dezelfde sterkte als de oorspronkelijke, met een duur, die ongeveer de helft van de duur van de bestraling bedraagt. De exacte duur van de omkeergradient is afhankelijk van de vorm van de hoogfrequente puls. De invoeg van deze omgekeerde gradient is het weer met elkaar koppelen van de meeste spins, 10 die gedurende de selectieve bestraling hun fase verloren hadden. Aangezien het faseverlies gedurende de selectieve bestraling niet lineair is is het weer in fase brengen niet volmaakt, maar wel aanmerkelijk. Na de bepaling van de omgekeerde gradient beschikt men over een signaal, dat in het volgende als een FID zal worden opgevat, hoewel Hoult het een echo 15 noemt. De andere grote zwaaihoek, die veel gebruikt zal worden is 180°.

Een selectieve bestraling van deze waarde vergt geen fasecorrectie. De reden hiervan is, dat spinfaseverlies gedurende de eerste 90° van de zwaai wordt opgeheven door weer in fase brengen gedurende de tweede 90° van de zwaai.

20 De gradientomkering na een selectieve bestraling is een van de verschillende typen van fasecorrectie, die nodig zijn voor de werking van de lijnoptekentechnieken, die hier beschreven worden.Toepassing van een omgekeerde gradient gedurende een periode van ongeveer de helft van de duur van de selectieve bestraling zal in het volgende 25 fasecorrectie van type I genoemd worden. In de praktijk is het oppervlak onder de correctiegradient als functie van de tijd de kritische factor.

Indien de correctiegradient tweemaal zo sterk zou zijn zou hij slechts gedurende de helft van de tijd behoeven te worden aangelegd. Dit is van toepassing op alle typen van de fasecorrectie en de beschrijvingen 30 gebruiken het voorbeeld van gelijke welke slechts terwille van de eenvoud.

Een tweede type van fasecorrectie, in het volgende correctie van type II genoemd, bestaat uit onmiddellijke correctie van een gradientpuls die zojuist beëindigd is; de fasespreiding, die in delen van het voorwerp optreedt, die niet onderhevig zijn aan een selectieve bestraling geduren-35 de het aanleggen van de gradientimpuls, wordt gecorrigeerd door het on- 7SQ56 14

V

12 middellijk toevoeren van een gelijke en tegengestelde gradient gedurende dezelfde tijdsduur als de oorspronkelijke gradientpulsen. Een uitbreiding van de fasecorrectie van type II is het toestaan van een vertragingstijd, voordat de correetiegradient wordt aangelegd. Gebeurtenissen, zoals spin-5 echo's kunnen gedurende deze vertragingstijd worden waargenomen. Een dergelijke fasecorrectie, waarin een gradient van tegengestelde polariteit wordt aangelegd na een vertragingstijd, zal in het volgende fasecorrectie van type III genoemd worden. Een verder type van fasecorrectie (type IV) is analoog aan type III, met dit verschil dat een l80° hoogfrequente 50 puls wordt toegevoerd aan het onderzochte volume gedurende de periode tussen het aanleggen van de oorspronkelijke en de correetiegradient; zodanig dat de polariteit van de correetiegradient altijd dezelfde zal zijn als die van de eerste gradient. De correetiegradient heeft dezelfde polariteit als de eerste gradiënt omdat de tussenliggende 180° hoogfrequente puls 55 de fasen negatief maakt.

De onderhavige uitvinding is gericht op een werkwijze voor selectieve bestralingsbeeldvorming, waarbij direkte analyse van de spin-echo (in tegenstelling tot analyse van de FID) zorgt voor snelle opeenvolgende aftastingen van een aantal vlakken (vlakke volumina) binnen het 20 voorwerp. Een van te voren bepaald aantal evenwijdige vlakken wordt opeenvolgend selectief geexciteerd, zodanig dat de spins van de atomen (kernen) die zich daarin bevinden met ongeveer 90° geheroriënteerd worden.

Een van te voren bepaald aantal dwarsvlakken binnen het voorwerp wordt dan selectief geexciteerd voor het heroriënteren van de spins van de ato-25 men daarin over 180°. De kernen, die zich op de snijlijnen van de over 90° geherorienteerde vlakken en de over 180° geherorienteerde vlakken bevinden, wekken opeenvolgend geen echosignalen op op tijdstippen in overeenstemming met de wet van de gelijke tijden. De spin-echosignalen worden op deze wijze gedurende een opeenvolging van de desbetreffende tijds-30 perioden opgewekt. Door het meten van de spin-echo’s in de aanwezigheid van een naar positievariabele magnetische veld langs de snijlijn, kunnen de spindichtheden van eenheidsvolumina binnen elke afzonderlijke snijlijn verkregen worden door Fourier-transformatie van de desbetreffende spin-echosignalen.

35 Indien stellen herhaalde uitlezingen van een bepaalde lijn 710 5 814

V

13 te dikwijls optreden, zullen -effecten de signaalsterkte van de een-heodsvolumina verkleinen. Op deze wijze geeft de signaalsterkte de gecombineerde invloeden van spindichtheid en aan. Volume-elementen met een grote vaarde van zouden minder dan normale schijnbare spindicht-5 heden hebben. Volume-elementen met korte zullen zeer weinig veranderingen vertonen ten opzichte van de werkelijke spindichtheid. Dit effect maakt de constructie mogelijk van een beeld door het maken van verschillende schijnbare spindichtheidsbeelden gedurende kortere en langere tijden tussen stellen van herhaalde uitlezingen. De verkleining van de schijn-bare dichtheid als functie van de tijd tussen de herhaalde uitlezingen kan gebruikt worden voor het berekenen van van elk volume-element.

De waarden van van alle volume-elementen kunnen dan gebruikt worden voor het maken van een beeld van het voorwerp.

De uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan ^5 de hand van de tekening, waarin: figuren 1A - 1D zijn schematische weergaven van een voorwerp, dat onderworpen is asm een lijnaftastingsspinechoreeks volgens de uitvinding; figuur 2 een grafiek is, dat de selectieve spinechoreeks 20 van figuur 1 toont; figuur 3 een schematische weergave is van de spinechoreeks van figuren 1 en 2; figuren kA - C weergaven zijn van een voorwerp dat onderworpen is aan een meerlijnsspinecho-aftastreeks; 25 figuur 5 een grafiek is, die een tweelijnsspinaftastreeks toont; figuren 6 en 7 schematische grafieken zijn van verdere meerlijnsspinechoreeksen in overeenstemming met de uitvinding; figuren 8, 9 en 10 schematische grafieken zijn, die de 30 spinecho-aftastreeks volgens de uitvinding toelichten onder gebruikmaking van kopiëring; figuur 11 een blokschema is van een inrichting voor het tot stand brengen van spinecho-aftastreeksen in overeenstemming met de uitvinding; 35 figuur 12 een uiteen genomen weergave is van een deel van 7905614 \

1U

de inrichting volgens figuur 11; en figuur 13 een blokschema is van de demodulator en fre-quentiesynthetisator/fasegeneratorelementen van figuur 11.

Onder verwijzing naar figuren 1 en 2 zal een spinecho-5 aftastreeks volgens de uitvinding beschreven worden voor het bepalen van de normale of gemodificeerde dichtheid van kernspins (in het volgende de spindichtheid genoemd), in een eenheidsvolume 11 binnen een voorwerp 10. Geschikte apparatuur voor het opwekken van een dergelijke spin-echo-aftastreeks zal in het volgende beschreven worden aan de hand van figuren 11, 12 en 13.

De eerste stap van de spinecho-aftastreeks, is, evenals in andere NMR-beeldvormingstechnieken, het bevatten van een aanvankelijke alignering van de kernspins in het voorwerp 10. Voor dit doel wordt een sterk magnetisch veld BQ opgewekt langs bijvoorbeeld de Z-as van een ^ normaal Cartesiaans-coordinatenstelsel, dat gecentreerd is in alignering met het voorwerp 10 (figuur IA). Zoals eerder is aangegeven nemen de kernspins van de atomen Larmor-frequenties aan die direkt evenredig zijn met het magnetische veld, dat op hen inwerkt, en vertonen zij de neiging zich met het magnetische veld Bq te aligneren.

20 Vervolgens wordt een bepaald volume binnen het voorwerp 10 geexciteerd waardoor het zwenken van de spins van de atomen in het volume in een dwarsorientatie bij voorkeur van 90°. Men zal zich herinneren, dat de kernen met spins bij een bepaalde Larmor-frequentie slechts gevoelig zijn voor uitwendige elektromagnetische signalen, die in hoofdzaak de 25 Larmor-frequentie hebben. Indien bijgevolg het voorwerp 10 onderworpen is aan een naar positie variabel magnetisch veld, zoals bijvoorbeeld een magnetische gradient langs de X-richting (g = tS B / ) zullen de kernen,

X Z X

die zich binnen de verschillende Y-Z-vlakken (vlakvolumina) bevinden, die zich op verschillende plaatsen langs de X-as bevinden, verschillende 2q Larmor-frequenties hebben. Een enkel Y-Z-vlak kan bijgevolg aangesproken worden door het voorwerp 10 (onder aanwezigheid van het naar x-positie variabele veld) te bestralen met een elektromagnetisch signaal met een frequentiespectrum dat overeenstemt met de desbetreffende Larmor-frequentie

* » T

van het vlak. In de praktijk heeft uiteraard het aangespoken volumeatoom 25 een eindig X-afmeting, en dienovereenkomstig bevat het spins van Larmor- 7§0 5 6 1 4 15 frequenties over een van te voren bepaalde bandbreedte.

Op deze wijze wordt, na aanvankelijke alignering van de spins door het veld BQ, een X-variabel magnetisch veld, op geschikte wijze een gradient g^ (figuur 2) opgewekt over het voorwerp 10, door het 5 verkrijgen van een Larmor-frequentiediscriminant langs de X-as. In de aanwezigheid van de gradient g , zal een bepaald vlakvolume 12 (figuur 1B) binnen het voorwerp 10 aangesproken worden door het voorwerp 10 te bestralen met een 90° elektromagnetische puls met een frequentiespectrum, dat in hoofdzaak bestaat uit frequentiecomponenten, die met de Larmor-10 frequenties van de atomen, die zich binnen het vlak (vlakvolume) 12 bevinden, overeenstemmen.

De betrekking tussen de 90° puls X^ en de gradient is weergegeven in figuur 2. Er wordt op gewezen, dat figuur 2 (en figuur 5) de aanwezigheid of afwezigheid van de gradient aangeeft, in plaats van J5 de vorm van de gradient zelf.

Ter vereenvoudiging van de onderstaande bespreking zullen de volgende conventies worden aangenomen. Het proces van het bestralen van het voorwerp met een elektromagnetisch signaal van een van te voren bepaald frequentiespectrum in aanwezigheid van een naar positie variabel 20 veld van het bekrachtigen van een van te voren bepaald volume van kernen zal in het volgende worden aangeduid als een proces van selectieve bestraling. Op overeenkomende wijze zullen vlakke volumina, waarin kern-spins geheroriënteerd worden over 90 of 180°, in het volgende 90° vlakken respectievelijk 180° vlakken genoemd worden.

25 Zoals eerder is aangegeven zijn de kernspins binnen volume 12 na 90° tot X. en type een fasecorrectie g aanvankelijk een alignering I Λ en onder 90° ten opzichte van de oorspronkelijke oriëntatie zodat zij een betrekkelijk sterke spanning in een spoel induceren, die om de X-as is aangebracht. De geïnduceerde spanning vervalt evenwel met de tijd wanneer 30 de fasen van de spins op verschillende plaatsen binnen het volume 12 spreiden. Het vrije inductievervalsignaal (FID) dat door de kernen binnen het volume 12 wordt opgewekt tengevolge van de 90° puls is in figuur 2 weergegeven.

Thans wordt een fasecorrectie X^ toegepast door de fase-35 gradient gy Deze gradient wordt aangelegd voor het verspreiden van de 7905614 ..... 16 fasen langs de z-richting, zodanig dat zij geherfokusseerd kunnen worden door g _ gedurende de eerste helft van de spinecho-uitiezing. g . heeft Z& Z Ί hetzelfde oppervlak als de eerste helft van g _. Figuur 2 toont g . als niet overlappend met enige andere gradient terwille van de eenvoud van 5 de weergave van de FID. Het is mogelijk g^ te laten overlappen met -g^ zonder schadelijke invloed op de spinecho en een vermindering van de tijd die nodig is voor de reeks.

De volgende stap van de spinecho-aftastingsreeks is het tot stand brengen van een 180° draaiing van kernspins binnen een volume jO dwars op volume 12 en het snijden van volume 12 zodanig dat een eenheids-volume 11 gemeenschappelijk is voor de beide volumina. Een Y-positie-variabel magnetisch veld, geschikt een gradient g^ * S Bj <Sy wordt daarom door het voorwerp 10 heen opgewekt en een van te voren bepaald X-Z-vlak volume 10 (figuur 1C) wordt bekrachtigd met een 180° puls Y1 JU met een frequentiespectrum, dat overeenstemt met de band van Larmor- frequenties van de kernen binnen het volume 1¾. Op deze wijze worden de fasen van de spins van de kernen binnen het volume 1U omgekeerd en wordt volume 1^ een 180° vlak.

De invloed van de fase-omkering op de kernen, die gemeen-20 schappelijk zijn voor de beide vlakken 12 en 11* (in het volgende een door-snijdingsvolume 16, figuur 1D genoemd 1 is het weer koppelen van de spinfase. Op deze wijze wordt een spinecho (figuur 2) opgewekt door het doorsnijdingsvolume 16.

Onder verwijzing naar figuur 3 wordt opgemerkt, dat de 2u 180° puls Yj in feite werkzaam is als een spiegel ten opzichte van FID 22. Wanneer de fasen beginnen te hergroeperen wordt een reflectie van het verval verkregen en een pieksignaal wordt opgewekt op een tijdstip 2 X , waarin L gelijk is aan de tijd tussen het opheffen van de 90° puls Xj en de 180° puls Yj, in overeenstemming met de wet van gelijke tijden.

20 De fasen van dè spins spreiden daarna en de spinecho vervalt op een wijze, die analoog is aan het verval van de FID. Zoals in het volgende zal worden uiteengezet kan de wet van gelijke tijden gebruikt worden in een meer-lijnaftaststelsel voor het verkrijgen van niet interfererende spinecho’s uit meervoudige lijnen. Verder verschaft, omdat de spinecho een geringere 35 grootte heeft dan de FID, dankzij de dwarsrelaxatie (T2) het spiegel- 7905614 17 effect tweemaal de steekproefperiode voor het verzamelen van gegevens.

De spinecho wordt opgetekend in aanwezigheid van een naar positie variabel magnetisch, veld, waarin de intensiteit van het magnetische veld varieert als een functie van de plaats langs de zijlijn.

5 Onder verwijzing naar figuren 1 en 2 wordt erop gewezen dat de afzonderlijke spindichtheden van eenheidsvolumina binnen het 'door snij dings volume 16 bepaald worden door het voorwerp 10 te onderwerpen aan een naar Z- positie variabel magnetisch veld, op geschikte wijze een gradient g = > ^ «-1 Bg/ Z (figuur 2) gedurende de tijdperiode, waarin de spinecho 2b 10 wordt opgewekt. Van het spinechosignaal worden steekproeven genomen in een Fourier-transformatie van het uit steekproeven bestaande spinechosignaal wordt uitgevoerd om in feite de intensiteit van de verschillende conventiecamponenten van de spinecho te meten. De spindichtheid van het bepaalde eenheidsvolume 11 wordt op deze wijze weergegeven door de in-15 tensiteit van de spinechofrequentiecomponent, die overeenstemt met de desbetreffende Larmor-f requentie van het eenheidsvolume.

Indien de gradient g zodanig is, dat zijn bijdrage tot z B nul is in het midden van het doorsnijdingsvolume 16, zullen eenheids-z volumina op gelijke Z-afstanden ter weerszijden van het midden Larmor-20 frequenties hebben met gelijke frequentie-incrementen boven en beneden de centrale Larmor-frequentie. De gedemoduleerde signaalcomponenten van deze eenheidsvolumina zullen gelijke en tegengestelde frequenties hebben en kunnen bijgevolg onderscheiden worden door conventionele kwadrateer-detectietechnieken, zoals beschreven zal worden.

25 De spineeho-aftastreeks,* die in het bovenstaande beschreven is, is in het bijzonder voordelig, doordat hij gemakkelijk geschikt is voor snelle meerlijnsaftastingen. De selectieve adressering van een reeks van desbetreffende vlakken met 90° pulsen, en het vervolgens opeenvolgend adresseren van uitgekozen dwarsvlakken met 180° pulsen, wordt een in 30 de tijdopeenvolgende reeks spinecho's uit meervoudige snijlijnen tot stand gebracht. De bovengenoemde wet van gelijke tijden verschaft een tijd-discfiminatie tussen de desbetreffende spinecho's. Bij wijze van voorbeeld zal thans een tweelijnsreeks worden toegelicht aan de hand van de figuren k en 5* 35 Evenals bij de éénlijnsaftastingsreeks, wordt een eerste 7905614 .. 18 vlak 12 (figuur kk) geadresseerd door selectieve bestraling, op geschikte wijze onder gebruikmaking van een 90° puls X^ in samenwerking met een X-gradient g (figuur 5). Vervolgens worden opeenvolgende selectieve be-stralingsprocessen uitgevoerd om gave omkeringen in dwarsvlakken 1UA en 1UB 5 (figuur !*B) te bereiken. Zoals in figuur 5 is weergegeven wordt een naar een positie variabele magnetisch veld, op geschikte wijze een gradient g^, opgewekt over het voorwerp 10 en een 180° puls Y^ van geschikt frequentiespectrum wordt omgelegd voor het selectief exciteren van volume 1^A tot 180°. Een tweede X-Z-vlak 1Ub wordt geexciteerd door een selectief bestra-10 lingsproces waarbij gebruik gemaakt wordt van een tweede 180° puls Yg en een Y-gradient g2 in een van te voren bepaald tijdsverband met de pulsen en . X-Z-vlak 1UB wordt uitgekozen op een Y-positie, die verschilt van die van het vlak 1UA door op geschikte wijze het frequentiespectrum van de 180° puls Y te verschuiven over een geschikte frequentie /1 F, 15 onder het veranderen van het hoofdmagneetveld Bq met een bepaalde waarde ( Δ B} (de verschuiving B bewerkstelligt een verschuiving van de desbetreffende Larmor-frequentie over het voorwerp) of door een combinatie van beide. De Δ B methode is schematisch in figuur 5 weergegeven.

De kernen, die gemeenschappelijk zijn voor zowel het 90° 20 vlak als het 180° vlak, dat wil zeggen de doorsnijdingsvolumina X^ en Y1 en X^Yg (figuur hc) wekken desbetreffende spinecho's op (eveneens aangeduid met X^Y^ en X^Yg in figuur 5) op desbetreffende tijden in overeenstemming met de wet van gelijke tijden. Door desbetreffende spinecho's worden opgetekend in aanwezigheid van naar positie variabele magnetische 25 velden, gradiënten g^ respectievelijk gz2 (figuur 5); om een Larmor- frequentiediscriminant te verkrijgen langs de snijlijn. Voor meer transformaties worden uitgevoerd van de opgetekende spinecho's voor het ontwikkelen van aanwijzingen op de spindichtheden of gewijzigde spindicht-heden van eenheidsvolumina binnen de doorsnijdingsvolumina, 30 Er wordt op gewezen, dat de desbetreffende spinecho's X^Y^ en X^Yg optreden op tijdsperioden naar puls Y^ en naar puls Y^, gelijk aan de tijdsperioden tussen de pulsen Y^ en X^ en de pulsen Y^ en X1.

Op deze wijze kunnen door een geschikteonderlinge tijdsbepaling van de pulsen Y^ Y^ spinecho's X^ en Y1 en X^Y2 optreden binnen een gewenst 35 tijdsinterval ertussen voor het verkrijgen van een juiste discriminatie 7905614 19 tussen lijnen.

De spinfasen van kernen, anders dan de desbetreffende ogenblikkelijk uitgekozen vlakken vorden gespreid door blootstelling aan de desbetreffende magnetische gradiënten. Storende fasespreiding door de 5 gradiënten en stoppen van het magnetische veld f\ B vorden gecorrigeerd door het aanleggen van verschillende typen van fasecorrecties. Zo is bijvoorbeeld onder verwijzing naar figuur 5 gradient -g van het faseeorrec-

X

tietype 1, dat nodig is na een 90° selectieve bestraling. De gradient g^ veroorzaakt een faseverspreiding 1 het 180° vlak 1^B voorafgaande aan de 10 puls Yg en de gradient g^g veroorzaakt een fasespreiding in het 180° vlak 1*A na puls Y^. Correctie dient te vorden uitgevoerd voor storende fasespreiding voorafgaande aan het opwekken van een spinechosignaal uit kernen binnen het desbetreffende vlak. Dienovereenkomstig wordt, voor het vermijden van fouten, die zijn toe te schrijven aan storende fasesprei-ding in spinecho’s X^Y^ en negatieve gradient -gy2 (typen II) aangelegd onmiddellijk na het beëindigen van de gradient g^g. De nagtieve gradient - g^g beïnvloedt evenwel het vlak ΉϊΒ na de puls Yg en moet zelf gecorrigeerd worden. Correctie voor de invloed van gradiënten g^ en -g^g op vlak 1^B en bijgevolg echo X^Yg wordt verkregen door het aanleggen van 2q een correctiegradient g^ van type IV en een gradientcorrectie g^ van type III. In de eerste helft van het uitlezen moet de gradient g . de >Z 1 spinfasen herfokusseren voor het opwekken van een echo. Dit maakt nodig, dat de spins gedefokusseerd worden bij het begin van de reeks. Gradient gzQ zorgt hiervoor. Het oppervlak van gradient is de helft van dat van g^, zodanig dat de herfokussering volledig is in het midden van de echo. De eerste helft van g . is in feite dezelfde correctie van type IV voor gz0· gzQ kan tegelijkertijd worden aangelegd als - g^.

De fasespreidingseffecten van de tweede helft van gradient g . op vlak 11iB worden gecorrigeerd door het aanleggen van de negatieve 2q gradient - g^ (een fasecorrectie van type II). De spinecho wordt geher-fokusseerd gedurende deze correctie en steekproeven die gedurende deze periode genomen zijn, kunnen gebruikt worden bij het middelen van signalen.

Figuur 6 toont schematisch een drielijnsspinecho-aftast-reeks. Een 90° puls wordt toegevoerd op een tijdstip t (in aanvezig-25 heid van een X-gradient) en een reeks van Y-pulsen (in aanwezigheid van 70056 1 4 -..... 20 - Y-gradienten) "bestraalt het voorwerp op tijden L /2, 2X en 5T /2. Dienovereenkomstig wordt een spinecho X^Y^ opgewekt op een tijdstip 3 door de kernen, die gemeenschappelijk zijn voor het 90° vlak, dat "behoort bij puls Y1. Op overeenkomende wijze worden spinecho's X^Y^ en X^Y^ op-5 gewekt door de kernen, die gemeenschappelijk zijn voor de vlakken, die behoren bij de pulsen X^Yg en de pulsen X^ en Y^ op tijdstippen ^ respectievelijk 5 l · Niet weergegeven fasecorrectie^kan worden uitgevoerd op een wijze, die analoog is als hetgeen aan de hand van figuur 5 beschreven is. De spinecho's worden opgetekend in aanwezigheid van een Z-gradient jq en voor meer transformaties uitgevoerd voor het ontwikkelen van aanwijzingen op de relatieve normale of gewijzigde spindichtheden.

Zoals schematisch in figuur 7 is weergegeven kan een aantal Y-vlakken opeenvolgend bekrachtigd worden in samenwerking met een of meer X-Z-vlakken voor het opwekken van een meerlijnsaftasting. Als voor-J5 beeld wordt aangenomen dat de Y-Z-vlakken 12A, 12B en 12C (figuur Ha) bekrachtigd worden voor 90° oriëntaties door selectieve bestralingspro-cessen waaronder bestraling van het voorwerp met opeenvolgende 90° pulsen X.j, Xg en X^ in aanwezigheid van X-gradienten. Zoals in het bovenstaande is aangegeven worden de vlakken langs de X-as (en de Y-as) alleen gekozen 20 door het kiezen van geschikte frequentiespectra voor de desbetreffende 90° pulsen, door het magnetische veld te verschuiven of door een combinatie van deze beide technieken. Nadat de Y-Z-vlakken 12A, 12B en 12C geexciteerd zijn tot 90° worden uitgekozen X-Z-vlakken AA en AB geëxciteerd tot 180° door een overeenkomend proces van selectieve bestraling 25 onder gebruikmaking van 480° pulsen Y^ en Yg. De doorsnijdingen van de desbetreffende Y-Z-vlakken en X-Z-vlakken leiden tot een aantal snijlijnen, zoals in figuur h is weergegeven, X^, X2Yi» X3Y1» X1Y2' X2Y2 en X3Y2*

Elke dergelijke snijlijn wekt een spinechosignaal op, dat in figuur 7 is aangegeven met de desbetreffende bijbehorende snijlijn in overeenstemming 20 met dé bovengenoemde wet van gelijke tijden.

Door een juiste keuze van de tijdintervallen tussen de desbetreffende pulsen, worden de desbetreffende spinecho's opgewekt in een niet interfererende opeenvolging. Wanneer bijvoorbeeld wordt aangenomen dat de 90° gradenpulsen X^, Xg en X^ worden opgewekt op de tijdstippen 35 0,T en 2"T en de 180° pulsen Y1 en Yg bij 1lT A respectievelijk 3X , 7905614 21 zal de spinecho van de snijlijn X^ worden opgewekt op het tijdstip 3"X /2; op het tijdstip 4T ; X^ op 9X /2; XgYgOp 5 ΊΓ 5 op 11X /2 en X^Yg op tijdstip 6X . Correctie voor fasespreiding door toedoen van de desbetreffende gradiënten zal weer worden uitgevoerd op een 5 wijze, die analoog is aan* hetgeen aan de hand van figuur 5 beschreven is.

De desbetreffende spinechoƒs worden dan opgetekend in aanwezigheid van een zetgradient en voor meer transformaties uitgevoerd voor het ontwikkelen van aanwijzingen op de normale of T1 gewijzigde spindichtheden van de afzonderlijke eenheidsvolumina binnen de snijlijnen. Op- deze wijze 50 kan door gebruikmaking van de spinechoreeks volgens de uitvinding een veelvoud lijnen binnen het volume 10 in een snelle opeenvolging worden af getast met snelheden, die niet beperkt zijn door de spinroosterrelaxa-tietijd van het voorwerp, zoals het geval is bij aftasttechnieken, die verzadiging gebruiken.

|rj In sommige gevallen is het gewenst een meervoudige aflezing te maken van de spinecho die van een bepaalde snijlijn afkomstig is ter-wille van signaalmiddeling. Zoals in het bovenstaande is aangegeven hebben Mansfield en Maudsley aangeduid, dat nadat de FW vervallen is verschillende signaalrefokusseringsinrichtingen gebruikt kunnen worden om het 20 signaal terug te roepen voor signaalmiddeling. Een dergelijk - proces kan gebruikt worden voor het terugroepen van het spinechosignaal. Onder verwijzing naar figuur 8 wordt een spinecho X^Y^ opgewekt door eerst selectieve bestraling van een eerste vlak (vlakvolume) met een 90° en vervolgens selectief bestralen van een dwarsvlak met een 180° puls Y^.

25 In de veronderstelling dat het tijdsinterval tussen puls X^ en Y^ gelijk is aan L 1, wordt de spinecho X^ opgewekt met een piek op het tijdstip X 1 na de bestraling van de 180° puls Y^, in overeenstemming met de wet van gelijke tijden. Indien verdere 180° puls Y^' met eepfrequentie-spectrum, dat dat van de puls Y^ omvat, wordt opgewekt op tijdstip 2 30 na de piek van de spinecho X5Y5» zullen de fasen van de kernspins die de spinecho X^Y^ opwekken, omgekeerd worden, waardoor de fasen convergeren om op deze wijze een kopie of replica 1 te verkrijgen van een echo

XlV

De wet van gelijke tijden is van toepassing op het kopierings-35 verschijnsel. Dienovereenkomstig treedt replica X^’ op op een tijdstop 7905614 % 22 t 2 na het opwekken van de 180° puls Y^'. Verder kunnen replica’s worden gevormd door het aanleggen van aanvullende 180° pulsen. De totale amplituden van de signalen nemen evenwel af in overeenstemming met de dwarsrelaxatietijd Tg. Een dergelijk verval vormt een praktische grens 5 voor het aantal replica's, dat gemaakt kan worden.

Men zal inzien, dat indien de 180° puls Y^* spectrale componenten bevat, die niet in puls Y^ aanwezig zijn, in fase-omkering zal worden uitgevoerd van delen van het oorspronkelijke 90° vlak, dat niet door puls Y1 werd beinvloed. Bijgevolg zullen deze delen van het oor-10 spronkelijke 90° vlak aan parasitaire spinecho P opwekken op een tijdstip 2 + *X2 na het opwekken van puls Y^'. De parasitaire echo P kan vermeden worden door het frequentiespectrum van de 180° puls Y^’ identiek te maken aan die van de puls Y^.

Replica’s van een aantal spinecho's kunnen verkregen wor-15 den door het aanleggen van een enkele 180° puls met een frequentiespectrum, dat de afzonderlijke frequentiespectra van de oorspronkelijke 180° pulsen omvat, bijvoorbeeld de desbetreffende 180° vlakken bedekt. Dergelijke procedure is schematisch weergegeven in figuren 9 en 10. In figuur 9 wordt een eerste vlak selectief bestraald door 90° puls X^, waarna de des-20 betreffende dwarsvlakken selectief bestraald worden in een reeks van 180° pulsen Y^, Yg respectievelijk Y^, die worden aangelegd op tijdstippen 3 W2, 2 X en 5X/2. Dienovereenkomstig worden spinecho's afkomstig van de desbetreffende snijlijnen , X^Yg en X^^ opgewekt op tijdstippen 3 X , ^ respectievelijk 5 X .

25 Het toevoeren van een breed spectrum 180° puls Y' op bijvoorbeeld tijdstip 11 /2 zal replica's vormen van de spinecho's in omgekeerde opeenvolging. In overeenstemming met de wet van gelijke tijden, zal replica X^Y^' worden gevormd op een tijdstip 6 l (half l- na het aanleggen van de puls Y', een interval dat gelijk is aan de tijd tussen 30 liet optreden van de spinecho X^Y^ op 5 ^ en puls Y'). Op overeenkomende wijze treedt replica X^Yg op het tijdstip 7 t op en replica X^' op het tijdstip 8 L .

Het toevoeren van een tweede breed spectrum 180° puls Y" of bijvoorbeeld het tijdstip 7^/2 zal verdere replica's van spinecho's 35 vormen, deze maal in dezelfde opeenvolging als de oorspronkelijke spin- 790 5 6 1 4 23 echo's. Replica's X^", X^Yg" respectievelijk X^" treden op de tijdstippen 9T » 10T respectievelijk 11 t .

Er wordt evenwel op gewezen, dat de breedspectrum 180° puls Y1 fase-omkeringen tot stand brengt in delen van het 90° vlak die 5 niet in fase werden omgekeerd door impuls Y^ zodat dienovereenkomstig een parasitaire spinecho P wordt gevormd. In overeenstemming met de wet van gelijke tijden vordt deze parasitaire echo opgewekt op een tijdstip 11 X . Bijgevolg maakt de parasitaire P de replica Y^X-j' in hoofdzaak waardeloos.

jq De parasitaire echo kan verkleind worden door het verklei nen van delen van het 90° vlak, die niet in fase werken omgekeerd door de puls Y1. De invloeden van parasitaire echo's kunnen eveneens verkleind worden of over verschillende replica's verspreid door verandering van de relatieve tijdstippen van de breedspectrum 180° pulsen Y' en Y".

jtj Figuur 10 toont een alternatieve spinechoaftastreeks onder gebruikmaking van kopiëring. In dit geval wordt een aantal 90° vlakken gevormd door selectieve bestraling met de 90° pulsen X^, X^ respectievelijk X^, gevolgd door een 180° puls Y^ met een van te voren bepaalde frequentiespectrum. De verkregen snijlijnen wekken desbetreffende spinecho's 20 XgX} en XgY^ en X^Y^ op in overeenstemming met de wet van gelijke tijden. Vervolgens wordt kopiëring uitgevoerd door selectieve bestraling onder gebruikmaking van 180° pulsen Y^' en Y^" met een frequentiespectrum dat identiek is aan dat van puls Y^. Men zal inzien, dat aangezien het frequentiespectrum van de desbetreffende 180° pulsen identiek is, geen para-25 sitaire echo's opgewekt worden.

In figuren 11 en 12 is geschikte apparatuur voor het uitvoeren van de spinecho-aftastreeksen volgens de uitvinding weergegeven. Figuur 11 toont de gehele apparatuur in blokschemavorm, terwijl de apparatuur, die gebruikt wordt bij het opheffen van de verschillende magne-2o tische velden (met uitzondering van de sturingsketens) is weergegeven in uiteen genomen perspectivisch aanzicht in figuur 12.

Voorwerp 10 wordt binnen een hoogfrequent spoel 22 aangebracht in de nominale X-as van een Cartesiaans-coordinatenstelsel. De hoogfrequentspoel 22 wordt gebruikt voor het bepalen van voorwerp 10, 35 voor het opnemen van de spinechosignalen, die door het voorwerp 10 worden 7905614 2k * opgewekt en verder voor het ondersteunen van het voorwerp 10.

Spoel 22 is op zijn beurt aangebracht tussen de pulsschoenen 2k en 26 van de hoofdmagneet 28. De magneet 28 wordt gebruikt voor het opwekken van het hoofdmagnetische veld BQ in de cZ^richting van het nomi-c; nale coördinatenstelsel (dwars op de as van spoel 22). De magneet 28 bevat op geschikte wijze een conventionele ijzerkem waaromheen koperen geleiders gewikkeld zijn die samenwerken met een niet weergegeven energievoeding en op geschikte wijze met water gekoeld worden voor het handhaven van een constante temperatuur.

jq Velden, die naar :Z-richting variabel zijn, worden selectief geleverd door Z-gradientspoelen (g ) 3^ en 36. De spoelen 3^ en 36 zijn z aangebracht op de desbetreffende vlakken van de pulsschoenen 2k en 26 en hebben een geschikte Maxwell-spoel geometrie. Dit betekent dat de spoelen cirkelvormig zijn en concentrisch zijn met de pulsschoen waarbij de straal van de spoelen bepaald wordt in overeenstemming met de afstandtus-sen de spoelen. De Z-gradientspoelen 3^ en 36 zijn elektrisch in serie verbonden, zodat de magnetische velden, die door hen opgewekt worden, tegengesteld zijn en elkaar in de oorsprong van het coördinatenstelsel opheffen.

2q Magnetische velden met een X-gradient zijn selectief aan gebracht door X-gradient (gx) spoelen 38 en 1*0. De spoelen 38 en ^0 zijn opgeschikte wijze van rechthoekige configuratie en aangebracht op de pulsschoenen 2k respectievelijk 26, teneinde oneindige geleiders na te bootsen, die in de X-richting lopen. De spoelen 38 en h0 zijn elektrisch verbonden voor het opwekken van tegengestelde magnetische velden, die eveneens elkaar opheffen in de oorsprong van het coördinatenstelsel.

Magnetische velden die naar Y-positie variabel zijn, worden selectief opgewekt door Y-gradient (g ) spoelen k2 en kkt De spoelen k2 en kk zijn op geschikte wijze van dezelfde vorm en oppervlak als de X-2Q gradient spoelen 38 en Uo, maar zijn de pulsschoenen 2k en 26 aangebracht op een wijze, dat zij oneindige geleiders nabootsen, die in de Y-richting lopen. De spoelen k2 en zijn eveneens elektrisch verbonden voor het opwekken van tegengestelde zijden, die elkaar opheffen in de oorsprong van het coördinatenstelsel.

25 Van de plaats afhankelijke veranderingen in het hoofdveld 7905614 ♦ 25

Bq kunnen tot stand gebracht worden, indien dit gewenst is, door Δ B spoelen 32A en 32B, die zijn aangebracht om de buitenzijde van de puls-schoenen 22 en 2k en elektrisch in serie verbonden zijn op zodanige wijze dat zij een aanvullend magnetisch veld geven ten opzichte van elkaar.

5 Voor een verdere beschrijving van geschikte spoelen voor het opwekken van magnetische gradiënten wordt verwezen naar het eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift k.015·196.

De hoogfrequentspoel 22 is elektrisch verbonden via een geschikt impedantie-aanpassingsnetwerk 50 met een klem van een richtings-netwerk of circulator (magische T netwerk) 52. Het impedantie-aanpassings-netwerk 50 bevat op geschikte wijze een paar variabele condensatoren voor het afstemmen van de hoogfrequentspoel 22. Variabele condensatoren zijn op geschikte wijze van een niet magnetisch materiaal zoals koper of messing en bevinden zich bij voorkeur zo dicht mogelijk bij de hoogfre-quentspoel 22.

Het magische T-netverk 52 koppelt de hoogfrequentspoel 22 (op een exclusieve wij-ze) met de zender 5^ en een voorversterker 56. Zoals in de techniek bekend is, is een magisch T-netverk 52 werkzaam voor het verbinden van de zender 5^ met de spoel gedurende die tijden, waarin de 20 zender 5^ uitzendt, en verbindt hij de spoel 22 met de voorversterker 56 gedurende de perioden, waarin de zender 5^ niet uitzendt.

De voorversterker 56 is op geschikte wijze van conventioneel type, en heeft een hoge versterking en een grote bandbreedte. Het is gewenst de voorversterker uit te schakelen gedurende zend- of tussenperioden 25 voor het verkrijgen van een grotere isolatie van de zender 5^· Dienovereenkomstig kan een gesleutelde voorversterker worden gebruikt. De uitgangssignalen van de voorversterker 56 worden via de diodedetector 62 en het laagdoorlatende filter 6U, indien dit gewenst is, toegevoerd voor bewaking gedurende het afstemmen van het stelsel, en worden via een 20 buffer 58 aan een demodulator 60 toegevoerd.

De demodulator 60 is op geschikte wijze een kvadratuur-demodulator, zodat niet alleen frequentieverschuiving (vanaf de centrale frequentie, zoals nog wordt uiteengezet, en amplitude-informatie wordt verkregen, maar het teken van de frequentieverschuiving kan eveneens bepaald 35 worden om de desbetreffende frequentiecomponenten te relateren aan plaat- 7905014 — 26 a

1 I

sen in voorwerp 10 aan tegenover elkaar liggende zijden van de oorsprong. Verder vermijdt het gebruik van een kwadratuurdemodulator al zijn fouten door ketenvertragingen. De demodulator 60 is gevoelig voor signalen, die een aanduiding zijn van het uitgezonden signaal (evenals het ontvangen 5 signaal) en wekt in fase (I) en kwadratuur (q). uitgangssignalen op, waarbij het Q-uitgangssignaal onder 90° staat ten opzichte van het I-uitgangs-signaal. De I- en Q-uitgangssignalen bevatten componenten, die een aanduiding zijn van de som en het verschil van de ontvangen signaalfrequen-tie en de uitgezonden signaalfrequentie. Het spinechosignaal (verminderd met de draagfrequentie) wordt herwonnen door het ontwikkelen van de vierkantswortel van de som van het kwadraat van de I- en Q-signalen. Een meer gedetailleerde beschrijving van een geschikte demodulator 60 zal in het volgende aan de hand van figuur 13 gegeven worden.

De I- en Q-demodulatoruitgangssignalen worden via desbe-12 treffende laagdoorlatende filters 68 toegevoerd aan een tweekanaalsana-loog-digitaalomzetter (A/D) 70. De analoog-digitaalomzetter 70 is op zijn beurt via een tussenorgaan 72 voor direkte geheugentoegang (DMA) verbonden met een geschikte computer 96.

De zender 5^ is op geschikte wijze een versterker van de 20 A-klasse met een bandbreedte, die voldoende is voor het omvatten van een gewenste bandbreedte van Larmor-frequenties en wordt doorsignalen vanuit een modulator 7^ aangedreven. De modulator 7^ bevat op geschikte wijze een gebalanceerde menger (met filters) en is gevoelig voor een pulsvormbe-sturingssignaal vanuit een geschikte microeomputerbesturing 76 (zoals nog 25 beschreven wordt) en een signaal op een gewenste Larmor-draaggolf (midden) frequentie.

De Larmor-draaggolffrequentie wordt op geschikte wijze ontwikkeld uit het uitgangssignaal van een kristaloscillator 78 door een frequentiesynthetisator/fasegenerator 80 in fasegrendeling met kristal 78 2Q en geschikte banddoorlaatfilter en niveau-instelketens 8U. Banddoorlaat-filter 8U is werkzaam voor het ontwikkelen van een sinusgolf met een van te voren bepaalde constante-omhullende vanuit de uitgang van de frequentie-synthetisator 80. Een meer gedetailleerde beschrijving van een geschikte frequentie-synthetisator/fasegenerator 80 zal in het volgende aan de hand 35 van figuur 1.3 gegeven worden. Het opwekken van het Larmor-centrale fre- 7905614 27 quentiesignaal vordt uitgevoerd in reactie op stuursignalen vanuit de microcomputerbesturingsinrichting 76.

. De microcomputerbesturingsinrichting 76 bestuurt in vezen de reeks van gebeurtenissen binnen het NMR-stelsel: het aansluiten van 5 een computer 96 aan het stelsel, het veergeven van gegevens zoals net een elektronenstraalbuisaansluiting 400, het opvekken van veldgradienten, en de tijdsbepaling, amplitude, frequentie en fase van uitgezonden elektromagnetische signalen. De microcomputerbesturingsinrichting j6 is op geschikte wijze gebaseerd op een microcomputer zoals een LSI-11. Een 30 microcomputer zoals de LSI-11 kan gewijzigd worden voor een snellere werking (bijvoorbeeld ten aanzien van het aanzetten en uitschakelen van het dragersignaal, de keuze van de gradientrichting en de keuze van de fase) door toevoeging van speciale daarvoor ontworpen materieel uitgevoerde tussenschakelingsketens. Verwezen wordt naar "An NMR Sequencer for Imaging" 35 door J. Hoenninger en L. Crooks, dat nog moet uitkomen.

Bij het tot stand brengen van het opwekken van de magnetische veldgradienten, wekt de microcomputerbesturingsinrichting 76 desbetreffende stuursignalen op, die een aanduiding zijn van de gewenste gra-dientvaarden en de desbetreffende gradientrichtingen. Een analoogbestu-20 ringssignaal, dat een aanduiding vormt van bepaalde waarden van fa B en/of A f wordt, indien niet gewenst is, opgewekt. De gradientwaardebesturings-signalen en/of het fa B signaal worden toegevoerd aan conventionele spannings-stroomomzetters en versterkers 90, die op hun beurt de gradient-signalen toevoeren aan de desbetreffende (g_) spoelen 3^, 3 6; (g ) spoelen

Z X

25 38, 1|0; en (g^) spoelen k2 en Uh- en de fa B signalen toevoert aan de spoelen 32A en 32B. De microcomputerbesturingsinrichting 76 levert stuursignalen die een weergave zijn van de gewenste hoogfrequente pulsvorm voor de modulator 7^ en stelt bijgevolg de amplitude en duur van de elektromagnetische signalen in en dienovereenkomstig de spinherorientatie 30 (zwenk) hoek, bijvoorbeeld 90°, 180°, die door het signaal tot stand gebracht wordt. De gewenste elektromagnetische pulsvorm en amplitudeschaal-factor wordt in een geheugen gehouden en selectief gebruikt voor het ontwikkelen van de stuursignalen.

Bij het selectieve bestralingsproces is het gewenst, dat 35 de elektromagnetische pulsen een frequentiespectrum met smalle band heb- 7905614 ; * * 28 ben. Dienovereenkomstig wordt een pulsvorm van het type (sin t)/t gebruikt (die een nagenoeg rechthoekig frequentiespectrum geeft). Een pulsvorm volgens Gauss (die een frequentiespectrum van Gauss geeft) is eveneens in beschouwing genomen.

5 De microcoaputerbesturingsinrichting J6 omvat op geschikte wijze eveneens voorzieningen voor het besturen van de steekproef name door de analoog-digitaalomzetter 70 en voor het besturen van de uitzending van gegevens vanuit een DMA-tussenorgaan 72 naar de computer 96. ïi reactie op signalen vanuit de microcomputerbesturings inrichting 76 neemt de ana-loog-digitaalomzetter 70 een van te voren bepaald aantal steekproeven van de gedemoduleerde signalen en zendt de gegevens naar de hoofdcomputer 96 (geheugen 98) via DMA 72. Wanneer een groep steekproeven door de hoofdcomputer 96 ontvangen is, worden zij opgeslagen op een geschikte plaats in geheugen 98. De programmering van de microcomputertfesturingsinrichting 15 76 en de hoofdcomputer 96 zijn zodanig geordineerd, dat de vanuit DMA 72 ontvangen gegevens op de juiste wijze geïnterpreteerd kunnen worden ten aanzièn van hun opeenvolging. Vervolgens wordt een Fourier-transformatie van de gegevens uitgevoerd en de Fourier-transformatie van de desbetreffende lijnaft ast ingen worden weergegeven op de elektronenstraalbuis-weer-2o geef inrichting 101. Indien dit gewenst is kan erin worden voorzien dat besturingsservomechanismen aanwezig zijn voor het positioneren van het monster (voorwerp 10) ten opzichte van de verschillende spoelen.

Aan de hand van figuur 13 zal een gedetailleerder beschrijving van een geschikte kwadratuurdemodulator 60 en een geschikte frequentie-25 synthetisator/fasegenerator 80 gegeven worden. Voor het miniseren van lek werken de frequentiesynthetisator/fasegenerator 80 en de demodulator 60 op geschikte wijze in de eerste plaats met tussenfrequenties, die verschillen van de frequentie die in feite wordt uitgezonden door de zender 5k en ontvangen door de voorversterker 56. In dit opzicht wordt verwezen 30 naar het Amerikaanse octrooischrift 3.651.396. Dienovereenkomstig levert de kristaloscillator 78 een rechthoekig uitgangssignaal van een van te voren bepaalde frequentie (10 MHz) aan de frequentiesynthetisator/fase-generator 80. Aannemende dat de gewenste Larmor-frequentie van de orde van 15 MHz is, wordt het 10 MHz oscillatorsignaal op geschikte wijze toege-35 voerd aan een frequentiedeler 102 (+ 5) voor het ontwikkelen van een sig- 7905614 29 van 2 MHz. Het signaal van 2 MHz wordt op geschikte wijze toegevoerd aan een programmeerbare frequentiesynthetisator 104 naar een fase-grendellusr1o6. De programmeerbare frequentiesynthetisator 104 is gevoelig voor stuursignalen, die een aanduiding inhouden van de gewenste 5 frequentie-uitgang en afkomstig zijn van de microcomputerbesturingsin- richting 76. Het uitgangssignaal van de frequentiesynthetisator 104 wordt via een poort 108 onder besturing van de microcomputerbesturingsinrichting 76, en laagdoorlatend filter 110 aan een conventionele gebalanceerde menger 412.

50 De fasegrendellus 106 bevat op geschikte wijze een door middel van spanning bestuurde oscillator, die werkt om een van te voren bepaalde middenfrequentie, zoals 52 MHz en door middel van fasegrendeling gekoppeld is met het 2 MHz signaal. Het uitgangssignaal van 52 MHz van de fasegrendellus 106 wordt op geschikte wijze toegevoerd aan een conventionele 55 vierfasegenerator 146, die signalen levert op de tussenfrequentie van 1 13 MHz met relatieve fases van 0°, 90°, 180° en 270°. De uitgangssignalen van de fasegenerator 116 worden aan een geschikte kiespoortketen 118 toegevoerd, die reageert op stuursignalen vanuit de microcomputerbesturings-inrichting 76. Het uitgekozen tussenfrequente signaal wordt via een laag-20 doorlatend filter 120 aan de menger 112 toegevoerd voor het ontwikkelen van een verschilsignaalcomponent op de gewenste Larmor-draagfrequentie.

Aangenomen wordt dat de gewenste frequentie 15 Hz is, in welk geval de programmeerbare frequentiesynthetisator 104 wordt ingesteld door de microcomputerbesturingsinrichting 76 voor het leveren van een 25 signaal van 28 MHz, waardoor de verschilcomponent, die door de modulator 112 opgewekt wordt (28 MHz - 13 MHz) op de gewenste frequentie van 15 MHz is. De verschilcomponent wordt geextraheerd met een banddoorlaatfilter en niveau-instelketen 84 voor het leveren van een sinusgolf met een constante omhulling op de gewenste Larmor-draagfrequentie.

30 De uitgang van de programmeerbare frequentiesynthetisator 1θ4 wordt eveneens toegevoerd aan een bufferverster 122 in de demodulator 60. Het gebufferde signaal wordt via een poort 124 (onder bestuur van de microcomputerbesturingsinrichting 76) toegevoerd aan een gebalanceerde menger 126. De menger 126 is eveneens gevoelig voor de ontvangen signalen 35 zoals die versterkt zijn door de voorversterker 56 en de buffer 58. In 7905614 .. 30 .

het voorbeeld, waarin de uitgezonden draagfrequentie 15 MHz is, en. de synthetisatoruitgang 28 MHz, zal de verschilcomponent van het uitgangssignaal van de menger 126 op de tussenfrequentie van 13 MHz liggen. Dit verschil-component wordt geextraheerd uit het uitgangssignaal van de menger door 5 een laagdoorlatend filter 128 en het aan een geschikte tussenfrequentverst erker 130 toegevoerd, die is afgestemd op 13 MHz. De uitgangssignalen van de tussenfrequentversterker 130 worden toegevoerd aan de desbetreffende gebalanceerde mengers 132 en 13^. De mengers 132 en 13^ zijn gevoelig voor de tussensignalen met een fase van 0° en 90°, afkomstig van de fase-10 generator 116 in de frequent iesynthetisator/fasegenerator 80. Op deze wijze leveren de mengers 132 respectievelijk 13^ in fase en kwadratuur-audiofrequente signalen, die een aanduiding zijn van de desbetreffende magnetisatiecomponenten van het spinechosignaal.

Zoals in het bovenstaande is aangegeven worden de I- en 15 Q-uitgangssignalen gefilterd en aan steekproef name onderworpen, en vervolgens opgeslagen in het geheugen 98 van computer 96. De computer 96 berekent in feite de vectorsom van de I- en Q-componenten en voert een "~ Fourier-transformatie uit op de vectorsom voor het ontwikkelen van aanduidingen van de betekeninsvolle amplitude van de desbetreffende frequentie-2o componenten van de spineehosignalen.

Men zal inzien, dat aangezien de demodulator 60 en de frequentiesynthetisator'/fasegenerator 80 in de eerste plaats op tussen-frequenties werken, die van de Larmor-draagfrequentie verschillen, lek vanuit de zender naar de demodulator 60 in hoofdzaak voorkomen wordt.

25 Bij wijze van voorbeeld zal de werking van de inrichting van figuren 11, 12 en 13 gedurende een enkele lijnaftasting beschreven worden. De bepaalde gewenste reeksen van selectieve bestralingen worden ingevoerd (of opgeroepen uit een geheugen) en de reeks wordt ingeleid na een gereed signaal vanuit de hoofdcomputer 96 aan de microcomputerbestu-30 ringsinrichting 76. De hoofdmagneet 28 wordt bekrachtigd om de nucleaire spins in aanvankelijke alignering te brengen.

De microcomputerbesturingsinrichting 76 berekent of het uit het geheugen of een naslagtabel de pulsvormamplituden en duur op, die nodig zijn voor het tot stand brengen van spoelzwenkingen over 90 en 180°, 35 de gewenste tijdsintervallen tussen pulsen en de gewenste waarden van de 7905614 31 gradiënten.

Geschikte stuursignalen vorden opgewekt door het selectief bestralen van een fasevolume (Y-Z-vlak, 12, figuur 10) met een 90° puls.

Een geschikt signaal wordt toegevoerd aan de g^-spoelen 38 en HO voor 5 het ontwikkelen van een X-gradientover het voorwerp 10. Een hoogfrequent pulsvormqgnaal van geschikte amplitude en duur voor het tot stand brengen van de gewenste rotatiehoek (bijvoorbeeld 90°\ wordt opgewekt en aan de modulator jb toegevoerd.

Tegelijkertijd worden geschikte stuursignalen toegevoerd 10 aan de frequentiesynthetisator/fasegenerator 80 voor het tot stand brengen van het opwekken van een draagsignaal op de Larmor-frequentie, die bij vlak 12 hoort. De programmeerbare frequentiesynthetisator 10U (figuur 13) wordt voorzien van een geschikte frequentiecode vanuit de microcomputer-besturingsinrichting j6 en de modus waarin het signaal opgewekt wordt is 15 ingeleid.

Terwille van signaalmiddeling is het soms gewenst selectief de spinnen over de gekozen hoek (90°, 180°) te zwenken in verschillende richtingen (bijvoorbeeld draaien van de spins naar de Y of -Y-assen of de X of -X-assen). Dienovereenkomstig wekt de microcomputerbesturings-20 inrichting 76 eveneens een geschikt stuursignaal op voor de kiespoort 118 van de frequentiesynthetisator/fasegenerator 80 (figuur 13) voor het doorlaten van het in geschikte fase gebrachte tussenfrequente signaal naar de menger 112, zodat het draaggolfsignaal een zodanige fase heeft, dat de uitgezonden elekromagnetisehe puls draaiing in de gewenste richting 25 tot stand brengt. De poort 108 (figuur 13) wordt dan gesloten voor het toevoeren van het draaggolffrequente signaal aan de modulator 7^·

De modulator Jb voert op deze wijze een gevormde hoogfrequente puls op de gewenste Larmor-frequentie (en met de gewenste fase) toe aan de zender 5^. De zender 5b wekt dienovereenkomstig een signaal op 30 via het T-netwerk 52, hoogfrequentschakelaar 53 en het veerstandsaanpas-singsnetwerk 50 voor de hoogfrequente spoel 22 om&aardoor het voorwerp 10 te bestralen. Op deze wijze wordt het Y-Z-vlak 12 in voorwerp 10 geëxciteerd op 90° door een proces van selectieve bestraling.

De microcomputerbesturingsinrichting j6 wekt dan geschikte 35 gradientbesturingssignalen van tegengestelde polariteit op gedurende een 710 5 β 1 4 ί 4 32 van te voren bepaalde periode, voor het opwekken van een negatieve gradient voor fasecorrectie en verwijdert dan het gradientbesturingssignaal uit de g -spoelen 30, Uo, waardoor de X-gradient wordt afgezet.

X

Een geschikt signaal wordt toegevoerd aan de g -spoelen 3^ z 5 en 36 voor het ontwikkelen van een Z-gradient over het voorwerp 10. Na een van te voren bepaalde tijd worden deze signalen verwijderd, waardoor de Z-gradient wordt afgezet. De tijdbepaling van deze gebeurtenissen kan zodanig gewijzigd worden, dat de Z-gradient wordt toegevoerd gedurende een tijd, die overlapt met de tijd, gedurende welke de X-gradient die voor ^O de fasecorrectie wordt gebruikt, wordt toegevoerd.

Geschikte stuursignalen worden dan opgewekt voor het tot stand brengen van selectieve bestraling van X-Z-vlak 1^ (figuur 1C) met een 180° puls. Een hoogfrequent pulsvormsignaal van een amplitude en duur, die overeenstemmen met een rotatiehoek van 180° wordt aan de modulator 15 7^ toegevoerd en geschikte stuursignalen voor de frequentiesynthetisator 10h en de fasekiezer 116 worden opgewekt voor het instellen van de frequentie en de fase van het draagsignaal. De poort 108 wordt geopend en het gemoduleerde signaal (1800 puls) naar de spoel gezonden voor het tot stand brengen van de selectieve bestraling van vlak 1U, Tegelijkertijd 20 wordt een geschikt signaal toegevoerd aan de g -spoelen k2 en voor het y ontwikkelen van een Y-gradient over het voorwerp 10. Nadat de geschikte tijdsduur verlopen is worden de zender en gradient afgezet via de poort 103 en de gradient naar de uitgang van de microcomputerbesturingsinrich-ting 76.

25 Na een tijdsduur die in overeenstemming is met de wet van gelijke tijden, wekt de snijlijn 16 (figuur ID) van de dwarsvlakken (12 en 1M een spinecho op. Op een tijdstip dat juist voor de verwachte opwekking van de spinecho ligt, worden geschikte stuursignalen gebruikt voor het toevoeren van een gradientwaardesignaal aan de g -spoelen 3^ en 36 z 30 om op deze wijze een Z-gradient over het voorwerp 10 te ontwikkelen. De poort 12k wordt geopend voor het in feite aanzetten van de demodulator.

De spinechosignalen worden in de spoel 22 gevoerd en dan via T-netwerk 52 naar de voorversterker 56 en vervolgens via buffer 58 naar de kwadratuurdemodulator βθ. De kwadratuurdemodulator 60 wekt in 35 samenwerking met het laagdoorlatende filter 68 een audiosignaal op, dat 7905614 33 selectief steekproeven onderworpen wordt met een van te voren bepaalde steekproeffrequentie door de analoog-digitaalomzetter 70 in reactie op stuursignalen vanuit de microcomputerbesturingsinrichting 76. De gedigitaliseerde steekproeven worden dan aan het geheugen 98 toege-5 voerd via de tussenschakelinrichting 72 en computer 96.

De reeks wordt een van te voren bepaald aantal malen herhaald en een geschikte signaalmiddeling wordt door de computer 96 uitgevoerd. Fourier-transformaties worden dan door de computer 96 uitgevoerd en de resultaten weergegeven op de elektronenstraalbuisweergeefinrichting 10

Wanneer een meerlijnsaftasting uitgevoerd moet worden wordt opeenvolgende selectieve bestralingen van evenwijdige vlakken uitgevoerd door hetzij verandering van de draagfrequentie door de programmeerbare frequentiesynthetisator 10U op geschikte wijze te voorzien van de Larmor-15 frequentie + A f en of geschikte wijzigingen aan te brengen. Het magnetische hoofdveld door het aanleggen van geschikte Δ B signalen aan de B spoelen 32A en 32B.

Men zal inzien, dat de in het bovenstaande beschreven apparatuur slechts ter toelichting dient van de verschillende typen van appa-20 ratuur, die in de praktijk gebruikt kunnen worden bij spinecho-aftast- reeksen volgens de uitvinding. Men zal inzien, dat andere apparatuur eveneens gebruikt kan worden. Zo wordt op het ogenblik bijvoorbeeld gemeend, dat de inrichting, die beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift A.021.726 kan worden aangepast aan een spinecho-aftastreeks. Verder wordt 25 erop gewezen dat, hoewel de verschillende geleiders, die zijn weergegeven voor het verbinden van elementen in figuren 11, 12 en 13 en zijn weergegeven als enkele lijnen, zij niet in beperkende zin mogen worden opgevat en meervoudige verbindingen kunnen omvatten, zoals in de techniek bekend is.

30 Het zal duidelijk zijn, dat de bovenstaande beschrijving toelichtende uitvoeringsvormen van de uitvinding betreft en dat de uitvinding niet tot de specifieke weergegeven uitvoeringen beperkt is. Wijzigingen kunnen in de reeks of inrichtingen van pulsen of in het ontwerp of de opstelling van elementen worden aangebracht zonder buiten het kader 35 van de uitvinding te treden.

790 5 6 1 4

Claims (11)

1. Werkwijze voor het bepalen van de relatieve dichtheden van kernen binnen een voorwerp, welke kernen kernspin hebben op Larmor-frequenties in overeenstemming met de intensiteit van een erop inwerkend 5 magneetveld, met het kenmerk, dat op selectieve wijze het opwekken van spinechosignalen door kernen tot stand wordt gebracht, die zich binnen een van te voren bepaald volume van het voorwerp bevinden en dat de intensiteit van de spinechosignalen gedetecteerd wordt voor het verkrijgen van een maat voor de relatieve normale of door de in gewijzigde dichtheid van kernen in het genoemde van te voren bepaalde volume.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het selectief tot stand brengen van het opheffen van spinechosignalen door kernen die zich binnen een van te voren bepaald volume bevinden, de volgende stappen omvat: ^ het selectief bekrachtigen van een eerst vlak volume, dat het genoemde van te voren bepaalde volume omvat, voor het zwenken van de kernspins van de kernen in dit eerste vlakke volume over bij benadering 90°; en het selectief bekrachtigen van een tweede vlak volume 2Q dwars op het eerste vlakke volume, op een van te voren bepaald tijdsinterval daarna welk tweede volume het van te voren bepaalde volume bevat bij de doorsnijding van de eerste en tweede vlakke volumina, waarvoor het zwenken van de kernspins van kernen in het genoemde tweede vlakke volume over hg benadering 180°, waardoor de kernen binnen de genoemde . 2^ doorsnijding spinechosignalen opwekken op tijdstippen in overeenstemming met het genoemde van te voren bepaalde tijdsinterval.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de detectiestap omvat: het ontvangen van de spinechosignalen; 2o het opwekken van een magnetisch veld over het van te voren bepaalde volume met een intensiteit, die varieert als functie van de plaats, gedurende de ontvangst van de spinechosignalen; en het ontwikkelen van aanduidingen die een weergave zijn van de relatieve intensiteit van verschillende frequentiecomponenten, die 35 in de spinechosignalen aanwezig zijn. 7905614 U. Inrichting voor het leveren van aanduidingen van de normale of gewijzigde nucleaire dichtheid van de kernen binnen een voorwerp, welke kernen kernspins op Larmor-frequenties hebben in overeenstemming met de intensiteit van het magnetische veld dat erop inwerkt, welke 5 inrichting wordt gekenmerkt door: middelen voor het aanvankelijk aligneren van de kernspins van de kernen; middelen voor het opeenvolgend selectief exciteren van de kernen, die zich in een van te voren bepaald aantal evenwijdige in het 30 algemeen vlakke volumina bevinden binnen het voorwerp voor het heroriënteren van de kernspins van de kernen in de genoemde eerste in het algemeen vlakke volumina over een eerste van te voren bepaalde hoek; middelen voor het opeenvolgend selectief exciteren van de kernen, die zich in een van te voren bepaald aantal tweede in het alge-35 meen vlakke volumina dwars op de genoemde eerste in het algemeen vlakke volumina bevinden en de eerste in het algemeen vlakke volumina snijden binnen het genoemde voorwerp, voor het heroriënteren van de nucleaire spins van de kernen in de genoemde tweede in het algemeen vlakke volumina over een tweede van te voren bepaalde hoek, zodanig dat de kenrspins van 2o de kernen, die zich in de desbetreffende doorsnijdingen van de eerste en tweede volumina bevinden, gedurende desbetreffende daaropvolgende tijdsperioden desbetreffende spinechosignalen opheffen; en middelen voor het ontvangen van de desbetreffende spinechosignalen en het daaruit bepalen van de normale of T-gewijzigde dichtheid 25 van de kernen, die zich in de genoemde doorsnijdingen bevinden.

5. Inrichting volgens conclusie U, met het kenmerk, dat de middelen voor het ontvangen van de desbetreffende spinechosignalen en het daaruit bepalen van de normale of gewijzigde dichtheid van kernen in de desbetreffende doorsnijdingen omvatten: 30 middelen voor het gedurende de desbetreffende opeenvolgende tijdsperioden opheffen van naar plaatsvariabele magnetische velden, waarin de sterkte van het naar plaatsvarierende veld varieert met de plaats in de desbetreffende doorsnijdingen en middelen voor het ontwikkelen van de Fouriertransformatie 35 van de genoemde spinechosignalen. 7905614 s -ψ *

6. Werkwijze voor het bepalen van de normale of gewijzigde dichtheden binnen een voorwerp van kernen met kernspins op Larmor-frequenties in overeenstemming met de intensiteit van het magnetische veld dat op hen inwerkt, welke werkwijze gekenmerkt wordt door de stappen 5 van het opwekken van een reeks van naar plaats variabele velden voor het opeenvolgend variëren van de intensiteit van de magnetische velden binnen het voorwerp als een functie van de plaats in de desbetreffende dwars-richtingen, het bepalen van het voorwerp met een reeks signalen met desbetreffende van te voren bepaalde frequentiespectra in de aanwezigheid van IQ de bijbehorende van de genoemde naar stand variabele velden voor het selectief heroriënteren van de kernspins van kernen met Larmor-frequenties binnen de genoemde desbetreffende frequentiespectra en het detecteren van signalen, die door de kernen worden opgewekt, waarbij de werkwijze de volgende stappen bevat: jtj het opwekken van een verdere reeks van naar plaats varia bele magnetische velden, waarbij elk opeenvolgend veld wordt opgewekt na een overeenkomende van de eerstgenoemde naar plaats variabele magnetische velden, en in werking daarop voor het variëren van de intensiteit van het magnetische veld binnen het voorwerp in een geschikte richting 2Q ten opzichte van de richting van het genoemde eerste naar plaats variabele veld voor het corrigeren van storende fasespreiding binnen het voorwerp, die is toe te schrijven aan het bijbehorende eerstgenoemde veld.

7. Werkwijze voor het bepalen van de relatieve normale of Tj gewijzigde dichtheden van kernen binnen een voorwerp, welke kernen 25 kernspins hebben op Larmor-frequenties in overeenstemming met de intensiteit van het magnetische veld, dat op hen inwerkt, welke werkwijze wordt gekenmerkt door: a) het aanbrengen van het voorwerp in een sterk eerste magneetveld voor het valigneren van de kernspins van de kernen in over-3q eenstemming met een eerste van te voren bepaalde richting; b} het opwekken gedurende een eerste van te voren bepaalde tijdsperiode van een eerste naar plaats variabel magnetisch veld voor het variëren van de intensiteit van het magnetische veld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs een tweede van te voren bepaalde 35 richting, zodanig dat de Larmor-frequentiesvan de kernen variëren als functie 79056 1 4 van hun relatieve plaats langs de genoemde tveede van te voren bepaalde richting; c) het bestralen van het voorwerp gedurende de genoemde eerste van te voren bepaalde perioden met een signaal dat een frequentie- 5 spectrum heeft, dat in wezen bestaat uit componenten, die overeenstemmen met een van te voren bepaalde band van nucleaire Larmor-frequenties voor het selectief exciteren van kernen met Larmor-f requenties binnen de van te voren bepaalde band, zodanig dat de kernspins van kernen, die zich in een eerste vanger.voren bepaald vlak in het voorwerp bevinden, geherorien-•jO teerd worden over een eerste van te voren bepaalde hoek ten opzichte van hun oriëntatie; d) het opwekken gedurende desbetreffende tweede van te voren bepaalde tijdsperioden na de eerste tijdsperiode van een tweede naar plaats variabel magnetisch, veld voor het variëren van het magnetische 15 veld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs een derde van te voren bepaalde richting, zodanig dat de Larmor-frequenties van kernen binnen het voorwerp variëren als een functie van de relatieve plaats van de kernen langs de gemiddelde derde van te voren bepaalde richting, welke derde van te voren bepaalde richting dwars staat op de genoemde 20 tweede van te voren bepaalde richting; e) het bestralen van het voorwerp gedurende de genoemde tweede van te voren bepaalde tijdsperioden met signalen die desbetreffende frequentiespectra hebben, die in hoofdzaak bestaan uit componenten, die overeenstemmen met van te voren bepaalde banden van Larmor-frequenties, 25 zodanig dat de kernspins van kernen, die zich in de desbetreffende verdere vlakken bevinden, geheroriënteerd worden over een tweede van te voren bepaalde hoek ten opzichte van een eerdere oriëntatie, welke verdere vlakken elkaar niet snijden en elk het eerste vlak binnen het voorwerp snijden langs desbetreffende unieke snijlijnen, en het daarna gedurende desbetref-30 fende derde tijdsperioden opwekken van spinechosignalen; f1 het opwekken gedurende de desbetreffende derde tijdsperioden van verdere naar plaats variabele magnetische velden voor het variëren van de dichtheid van het magneetveld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs de genoemde snijlijnen zodanig dat de 35 Larmor-frequenties van de kernen, die zich langs de snijlijnen bevinden, 7905614 4 veranderen als functie van de relatieve plaats langs de genoemde snijlijnen; en g)_ het detecteren van de spinechosignalen en het bepalen van de relatieve dichtheid van de frequentiecomponenten daarvan, waarbij 5 elke spinechosignaalfrequentiecomponent een aanduiding vormt van de normale of T5 gewijzigde spindichtheid van kernen, die zich op een bijbehorende plaats langs de genoemde snijlijnen bevinden.

8. Werkwijze voor het bepalen van de relatieve normale of gewijzigde dichtheden van kernen binnen een voorwerp, welke kernen 10 kernspins hebben op Larmor-frequenties in overeenstemming met de dichtheid van het magneetveld dat op hen inwerkt, welke werkwij ze gekenmerkt wordt door de volgende stappen: a)het aanbrengen van het voorwerp in een sterk eerste magneetveld en het aligneren van de kernspins van de kernen in overeenstemming 15 met een van te voren bepaalde richting; b} het opwekken gedurende een eerste van te voren bepaalde tijdsperiode van een eerste naar plaats variabel magnetisch veld voor het variëren van de sterkte van het magneetveld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs een tweede van te voren bepaalde richting, 20 zodanig dat de Larmor-frequenties van de genoemde kernen variëren als functie van de relatieve plaats langs de genoemde tweede van te voren bepaalde richting; c) het bestralen van het voorwerp gedurende de&enoemde eerste van te voren bepaalde periode met een signaal, dat een frequentie- 25 spectrum heeft, dat in wezen bestaat uit componenten die overeenstemmen met een van te voren bepaalde band van nucleaire Larmor-frequenties voor het selectief exciteren van kernen met Larmor-frequenties binnen de van te voren genoemde bepaalde band, zodanig dat de nucleaire spins van kernen die zich in een eerste van te voren bepaald vlak in het voorwerp 30 bevinden, geheroriënteerd worden over een eerste van te voren bepaalde hoek ten opzichte van een oriëntatie; d) het opwekken gedurende desbetreffende opeenvolgende tweede van te voren bepaalde tijdsperioden na de eerste tijdsperiode van een tweede naar plaats variabel magnetisch veld voor het variëren van het 35 magnetische veld binnen het voorwerp in overeenstemming met een plaats 7905814 * langs een derde van te voren bepaalde richting, zodanig dat de Larmor-frequenties van kernen binnen het voorwerp variëren als functie van de relatieve plaats van de kernen langs de genoemde derde van te voren bepaalde richting, welke derde van te voren bepaalde richting dwars staat op 5 de tweede van te voren bepaalde richting; e) het bestralen van het voorwerp gedurende de desbetreffende opeenvolgende tweede van te voren bepaalde tijdsperioden met signalen, die een frequentiespectrum hebben, dat in hoofdzaak bestaat bij frequentiecomponenten, die overeenstemmen met een van te voren bepaalde 50 band van Larmor-frequenties, voor het heroriënteren van de kernspins van kernen met Larmor-frequenties binnen de genoemde van te voren bepaalde band van Larmor-frequenties over een tweede van te voren bepaalde hoek ten opzichte van de voorafgaande oriëntaties daarvan; f) het cumulatief veranderen van de sterkte van het eerste 55 magnetische veld over een van te voren bepaalde waarde gedurende elke tweede van te voren bepaalde tijdsperiode voor het veranderen van bepaalde kernen met Larmor-frequenties binnen de van te voren genoemde bepaalde band van Larmor-frequenties gedurende elke tweede van te voren bepaalde tijdsperiode, zodanig dat kernspins binnen desbetreffende verdere vlakken 20 binnen het voorwerp geheroriënteerd worden over de genoemde tweede van te voren bepaalde hoek, welke verdere desbetreffende vlakken de eerste vlakken snijden langs desbetreffende unieke snijlijnen, waarbij de kernen, die zich langs de snijlijnen bevinden daarna gedurende desbetreffende volgende derde tijdsperioden spinechosignalen opwekken; 25 g) het opwekken gedurende de desbetreffende derde tijds perioden van verdere naar plaats variabele magnetische velden voor het variëren van de sterkte van het magnetische veld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs de genoemde snijlijnen, zodanig dat de Larmor-frequenties van de kernen, die zich langs de genoemde snijlijnen 30 bevinden, variëren als functie van de relatieve plaats langs de genoemde snijlijnen; en h) het detecteren van de spinechosignalen en het bepalen van de relatieve sterkte van de frequentiecomponenten daarvan, waarbij elke van de spinechosignaalfrequentiecomponenten een aanduiding vormt van 35 de normale of gewijzigde dichtheid van de kernen, die zich op een bij- 7905614 — Uo behorende plaats langs de snijlijn, die de spinecho opwekt, bevinden.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, gekenmerkt door de volgende stappen: het opwekken gedurende desbetreffende vierde tijdsperioden 5 volgende op de derde tijdsperioden van een vierde naar plaats variabel magnetisch veld voor het variëren van de sterkte van dit magneetveld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs de genoemde derde van te voren bepaalde richting; het bestralen van het voorwerp gedurende tenminste een deel 10 van de vierde van te voren bepaalde tijdsperiode met een derde signaal met een frequentiespectrum, dat alle frequenties van de bestralingen van de tweede tijdsperioden omvat voor het tot stand brengen van daaropvolgende opwekking gedurende desbetreffende vijfde van te voren bepaalde tijdsperioden van replicasignalen van de genoemde spinechosignalen; 15 het opwekken gedurende de vijfde van te voren bepaalde tijdsperioden van een vierde naar plaats variabel magnetisch veld voor het variëren van de intensiteit van het magnetische veld binnen het genoemde voorwerp in overeenstemming met de plaats langs de genoemde snijlijn; 20 het detecteren van de replica's; en het verwerken van de spinechosignalen en de replica's in combinatie voor het ontwikkelen van een werksignaal, dat een aanduiding vormt van de genoemde dichtheid van kernen.

10. Inrichting voor het verschaffen van aanduidingen van 25 de relatieve nucleaire dichtheden van eenheidsvolumina binnen een voorwerp, welke kernen kernspins hebben op Larmor-frequenties in overeenstemming met de sterkte van het magneetveld, dat op hen inwerkt, gekenmerkt door: middelen die reageren op stuursignalen, die eraan worden aangelegd voor het opwekken van een sterk eerste magnetische veld over 30 het genoemde voorwerp dat de nucleaire spins van de genoemde kernen alig-neert in overeenstemming met een eerste van te voren bepaalde richting; eerste middelen voor het gedurende een eerste van te voren bepaalde tijdsperiode genereren van een eerste naar plaats variabel magnetisch veld, dat de sterkte van het magneetveld binnen het voorwerp varieert 35 in overeenstemming met de plaats langs een tweede van te voren bepaalde 790 5 β 14 * in richting, zodanig dat de Larmor-frequenties van de kernspins variëren als functie van de relatieve plaatsen van de kernen langs een tweede van te voren bepaalde richting; tweede middelen voor het bestralen van het voorwerp gedu-tj rende de eerste van te voren bepaalde periode met een signaal, dat een frequentiespectrum heeft, dat in hoofdzaak bestaat uit componenten, die overeenstemmen met een van te voren bepaalde band van Lannor-frequenties voor het selectief exciteren van kernen met Larmor-frequenties binnen de genoemde van te voren bepaalde band, zodanig dat de kernspins van kernen, IQ die zich in een eerste van te voren bepaald vlak in het voorwerp bevinden, geheroriënteerd worden over een eerste van te voren bepaalde hoek ten opzichte van hun oriëntatie; derde middelen voor het opwekken gedurende desbetreffende volgende tweede van te voren bepaalde tijdsperioden na de eerste tijds-jtj periode, van een tweede naar plaats variabel magnetisch veld, dat het magnetische veld binnen het voorwerp varieert in overeenstemming met de plaats langs een derde van te voren bepaalde richting, zodanig dat de Larmor-frequenties van kernen binnen het voorwerp variëren als een functie van de relatieve plaats van de kernen langs de genoemde derde van te 2Q voren bepaalde richting, welke derde van te voren bepaalde richting dwars staat op de tweede van te voren bepaalde richting; vierde middelen voor het bestralen van het voorwerp gedurende de desbetreffende opeenvolgende tweede van te voren bepaalde tijdsperioden met signalen met een frequentiespectrum, dat in hoofdzaak bestaat uit 25 frequentiecomponenten, die overeenstemmen met een van te voren bepaalde band van Larmor-frequenties, voor het heroriënteren van de kernspins van kernen met Larmor-frequenties binnen de genoemde van te voren bepaalde band van Larmor-frequenties over een tweede van te voren bepaalde hoek ten opzichte van hun voorafgaande oriëntatie; 30 vijfde middelen voor het opwekken van stuursignalen voor de eerste middelen voor het selectief variëren van de sterkte van het genoemde eerste magnetische veld met desbetreffende van te voren bepaalde hoeveelheden gedurende elke tweede van te voren bepaalde tijdsperiode voor het veranderen van de desbetreffende kernen met Larmor-frequenties binnen 35 de van te voren bepaalde band van Larmor-frequenties gedurende elke twee- 7905614 A de van te voren bepaalde tijdsperiode, zodanig dat desbetreffende verdere vlakken binnen het voorwerp geheroriënteerd worden over de genoemde tweede van te voren bepaalde hoek, welke verdere desbetreffende het eerste vlak snijden langs desbetreffende unieke snijlijnen, waarbij de kernen, 5 die zich langs de snijlijnen bevinden, gedurende desbetreffende daaropvolgende derde tijdsperioden spinechosignalen opwekken; zesde middelen voor het opwekken gedurende de desbetreffende derde tijdsperioden van verdere naar plaats variabele magnetische velden, die de sterkte van het magneetveld binnen het voorwerp variëren 10 in afhankelijkheid van de plaats langs de snijlijnen, zodanig, dat de Larmor-frequenties van de kernen, die zich langs de snijlijnen bevinden, varieert als een,‘functie van de relatieve plaats langs de genoemde snijlijn; zevende middelen voor het detecteren van de spinechosignalen 15 en het bepalen van de relatieve sterkte van de frequentiecomponenten daarvan, waarbij elke van de spinechosignaalfrequentiecomponenten een aanduiding vormt op de dichtheid van atomen, die zich op een bijbehorende plaats langs de genoemde snijlijn bevinden waarlangs de spinecho wordt opgewekt; en 20 achtste middelen, die met de eerste, derde en vijfde middelen samenwerken voor het selectief variëren van de sterkte van het magnetische veld binnen het voorwerp in overeenstemming met de plaats langs de tweede en derde richtingen en langs de genoemde snijlijnen gedurende de verschillende van te voren bepaalde tijdsperioden voor het tot 25 stand brengen van correctie van storende spinfasespreiding.

11. Inrichting voor het bepalen van de relatieve kern-dichtheden van eenheidsvolumina binnen een voorwerp, welke kernen kernspins hebben van een Larmor-frequentie in overeenstemming met de sterkte van een op hen inwerkend magneetveld, welke kernen slechts reageren op signa-30 len op hun Larmor-frequentie, waarbij het voorwerp denkbeeldig is aangebracht in een nominaal Cartesiaans-coordinatenstelsel met orthogonale X, Y en Z-richtingen gekenmerkt door: eerste middelen die reageren op stuursignalen, die er aan worden aangelegd voor het beheersbaar opwekken van een magneetveld dat onafhankelijk van de plaats is langs het voorwerp 35 langs de genoemde Z-richting; 7*0 5 β 14 fc3 tweede middelen, die reageren op stuursignalen, die eraan vorden aangelegd voor het beheersbaar opwekken van desbetreffende naar plaats variabele magnetische velden over het voorwerp, waardoor de sterkte van het magnetische veld in de Z-richting over het voorwerp varieert als 5 een functie van de X, Y respectievelijk Z-plaats voor het dienovereenkomstig variëren van de Larmor-frequenties van kernspins in het voorwerp als een functie van de X, Y en Z-plaatsen; derde middelen, die reageren op stuursignalen die eraan worden aangelegd voor het opwekken van een draagsignaal op een van te 10 voren bepaalde draagfrequentie; vierde middelen, die reageren op stuursignalen, die eraan worden aangelegd, voor het beheersbaar opwekken van een modulatiesignaal van een uitgekozen van te voren bepaalde golfvorm, amplitude en duur; vijfde middelen, die reageren op het modulatiesignaal en 15 het draagsignaal voor het moduleren van het draagsignaal met het modulatie-signaal en het bestralen van het voorwerp met het gemoduleerde signaal; zesde middelen voor het opwekken van een eerste stel bestu-ringssignalen voor de tweede, derde en vierde middelen voor het gedurende een van te voren bepaald aantal opeenvolgende eerste tijdsperioden tot 20 stand brengen van het opwekken van een naar de X-plaats variabel veld en het bestralen van het voorwerp met desbetreffende eerste signalen van een eerste van te voren bepaalde amplitude en duur en van desbetreffende van te voren bepaalde frequentiespectra, die overeenstemmen met de desbetreffende bereiken van Larmor-frequenties, zodanig dat kernspins binnen de 25 desbetreffende Y-Z-vlakken in het voorwerp over bij benadering 90° geheroriënteerd worden; voor het opwekken van een tweede stel besturingssignalen voor de tweede, derde en vierde middelen voor het tot stand brengen gedurende een van te voren bepaald aantal opeenvolgende tweede perioden na 30 de eerste tijdsperiode van het opwekken van een naar Y-plaats variabel magnetisch veld en het bestralen van het voorwerp met desbetreffende tweede signalen van een tweede van te voren bepaalde amplitude en duur en van bijbehorende frequentiespectra, die overeenstemmen met bepaalde bereiken van Larmor-frequenties, zodanig dat kernspins binnen de desbetreffende 35 X-Z-vlakken geheroriënteerd worden over bij benadering 180°, welke X-Z- 7905614 vlakken de Y-Z-vlakken snijden langs desbetreffende unieke snijlijnen binnen het voorwerp op welke snijlijnen daarna spinechosignalen opgewekt worden; en f * kk * voor het opwekken van een derde stel stuursignalen voor de 5 genoemde tweede middelen voor het tot stand brengen van het opwekken van de betreffende Z-gradienten op tijdstippen in overeenstemming met de tijdsintervallen tussen de bestralingen van het voorwerp met de desbetreffende eerste en tweede signalen, zodanig dat de spinechosignalen worden opgewekt in aanwezigheid van de genoemde Z-gradienten; 10 zevende middelen voor het ontvangen van de spinechosignalen en het opwekken van signalen die daar een aanduiding van vormen; kwadratuurdemodulatormiddelen, die reageren op de signalen die een aanduiding vormen van de spinechosignalen en desbetreffende in fase en kwadratuursignalen, die een aanduiding vormen van het Gauss-signaal, 15 voor het opwekken van desbetreffende uitgangssignalen, die een aanduiding vormen van de frequentie en faseverschillen tussen de spinechosignalen en het in fase-signaal en de genoemde spinechosignalen en het genoemde kwadratuursignaal; middelen voor het berekenen van de vectorsommen van genoem-20 de kwadratuursignaal; middelen voor het berekenen van de vectorsommen van de desbetreffende kvadratuurdemodulatoruitgangssignalen; middelen voor het berekenen van de Fourier-transformaties van de vectorsommen voor het ontwikkelen van aanduidingen van de frequen-25 tiecomponenten; en achtste middelen voor het toevoeren van stuursignalen aan de tweede middelen voor het aanleggen van naar plaats variabele magnetische velden over het voorwerp gedurende verschillende van te voren bepaalde tijdsperioden voor het tot stand brengen van correctie van storende spinfase-30 spreiding.

12. Werkwijze en inrichting, in hoofdzaak als beschreven* en/of getekend. 7905814