DE2921253A1

DE2921253A1 - Kernmagnetische resonanz-vorrichtung zur untersuchung mindestens einer scheibe eines koerpers

Info

Publication number: DE2921253A1
Application number: DE19792921253
Authority: DE
Inventors: Colin George Harrison; Ian Robert Young
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: Philips Design Ltd
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1979-12-13
Also published as: JPH0146145B2; JPS54156597A; DE2921253C2; GB1584950A; US4300096A

Description

Kernmagnetische Resonanz-Vorrichtung zur Untersuchung mindestens einer Scheibe eines Körpers

Die Erfindung befaßt sich mit Anordnungen zum Erzeugen von Bildern der Verteilung einer Größe innerhalb eines gewählten Bereiches eines Körpers mittels gyromagnetischer Resonanz, insbesondere mittels kernmagnetischer Resonanz. Solche Methoden können zur Untersuchung von Körpern unterschiedlicher Art angewandt werden. Eine besonders nützliche Anwendung ist jedoch bei der Untersuchung von Patienten für medizinische Zwecke gegeben.

Die kernmagnetische Resonanz ist bekannt bei der Analyse von Materialien, insbesondere bei der Analyse mittels der Spektroskopie. Es ist in letzter Zeit auch vorgeschlagen worden, die Methode für medinzinische Untersuchungen vorzusehen, um die Verteilung des Wassergehalts oder der Relaxations-Zeitkonstanten in Querschnitts scheiben oder Volumen von Patienten zu ermitteln. Trotz der unterschiedlichen Bedeutung sind solche Verteilungen ähnlich den Verteilungen der Röntgenstrahldämpfung, die man bei der Komputer-Tomographie erhält.

Praktische kernmagnetische Resonanzsysteme (auch NMR-Systeme = Nuclear Magnetic Resonance Systems genannt) arbeiten derart, daß man den zu untersuchenden Körper unter Zuhilfenahme von Spulenanordnungen geeigneten Kombinationen magnetischer Felder unterwirft und die in einer oder mehreren Detektor-Spulenanordnungen induzierten Ströme feststellt. Es ist auch eine geeignete

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Aufeinanderfolge impulsförmiger Magnetfelder entworfen worden, um eine genaue und schnelle Untersuchung zu ermöglichen. Jedoch hängt eine befriedigende Arbeitsweise der Aufeinanderfolge von der Bereitstellung von Feldern ab, welche exakt den gewünschten Bedingungen entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ausreichende Präzision einer wichtigen Magnetfeldkomponente zu gewährleisten.

Die Erfindung betrifft eine kernmagnetische Resonanz (NMR)-Vorrichtung zur Untersuchung mindestens einer Scheibe eines Körpers und ist gekennzeichnet durch

Mittel zum Anlegen von Magnetfeldern, um eine Resonanz vorzugsweise in der Scheibe zu bewirken,

Mittel zum Anlegen eines impulsförmigen Magnetfeldes, welches einen Gradienten quer über die wenigstens eine Scheibe besitzt, um eine Phasenverteilung innerhalb der Resonanz zu erzeugen,

Mittel zum Abfragen des induzierten Resonanzsignals während das Gradientenfeld angelegt ist, wobei das Gradientenfeld so beeinflußt ist, daß es zu unterschiedlichen Zeiten einen Gradienten in unterschiedlichen Richtungen in der Scheibe besitzt, indem Anteile zweier Komponenten-Magnetfelder mit senkrechtem Gradienten variiert werden,

Mittel zum Abfragen des Magnetfeldes an einer Vielzahl von Positionen in der Ebene der Scheibe,

Mittel, um daraus Fehlersignale abzuleiten, die bezeichnend für Differenzen zwischen den in zwei senkrechten

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Richtungen gemessenen Feldern und jenen Feldern sind, die erforderlich sind, um das Gradientenmagnetfeld mit einer gewünschten Größe in einer gewünschten Richtung zu erzeugen, und

Mittel zum Gebrauch der Fehlersignale, um die Komponentenfelder auf ihre geforderten Werte einzustellen.

Außerdem gibt die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung eines Körpers durch gyromagnetische Resonanz, insbesondere durch kernmagnetische Resonanz an.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Form des G_o-Gradienten-

feldes,

Fig. 2 die Beziehung des G -Gradien-

tenfeldes zu anderen Feldern,

Fig. 3a eine bevorzugte Feldimpulsfolge,

Fig. 3b die Wirkungen der Impulse ge

mäß Fig. 3a auf die Protonenspinvektoren,

Fig. 4a, 4b, 4c in drei Ansichten die H , G

und G -Feldspulen einer prak

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tischen NMR-Vorrichtung,

Fig. 5 die H₁-Feldspulen dieser Vor

richtung,

Fig. 6 - die ^G -Gradientenfeldspulen

dieser Vorrichtung/

Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Steue

rung der Impulsfolge,

Fig. 8 einen G -Impuls und das Wesen

der erforderlichen Korrektur,

Fig. 9 die Korrektur in näheren Ein

zelheiten,

Fig. 10 einen anderen G -Impuls gemäß

Fig. 7,

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer voll

ständigen NMR-Vorrichtung,

Fig. 12 die Anordnung der verwendeten

Feldabfragespulen,

Fig. 13 ein Blockschaltbild der Schal

tung zum Ableiten der erforderlichen G -Impulskorrekturen und

Fig. 14 eine Schaltung zur Anwendung der

Korrekturen auf die Impulsfolge.

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Hinsichtlich der Untersuchung einer Probe eines biologischen Gewebes bezieht sich die kernmagnetische Resonanz in erster Linie auf Protonen (Wasserstoffkern) der Wassermoleküle in dem Gewebe. Es können prinzipiell aber auch andere Kerne analysiert werden, z.B. die Kerne von Deuterium, Tritium, Fluor oder Phosphor.

Jeder Kern besitzt ein Kernmagnetmoment und einen Drehimpuls (Spin) um die magnetische Achse. Wenn dann ein gleichförmiges Magnetfeld an die Probe angelegt wird, richten sich die Kerne selbst mit dem Magnetfeld aus, wobei viele von ihnen parallel dazu verlaufen und einige nicht parallel, so daß der resultierende Spinvektor parallel zur Feldachse verläuft. Für diese Untersuchungsverfahren ist das gleichförmige Feld mit einer Achse des Systems ausgefluchtet, die als z-Achse gekennzeichnet ist. Das Feld ist somit als H bezeichnet, da alle mit der z-Achse ausge-

ZO

fluchteten Felder als H gekennzeichnet sind.

Der Kern besitzt eine charakteristische Frequenz (als "Larmor-Frequenz" bekannt), die durch den örtlichen Wert des gleichförmigen Magnetfeldes, d.h. durch H , bestimmt ist. Die Anwendung eines zusätzlichen Feldes H₁, welches ein Hochfrequenzfeld (Hf) der Larmor-Frequenz ist, in einer Ebene senkrecht zu H , be-

ZO

wirkt eine Resonanz auf dieser Frequenz, so daß Energie in der Probe absorbiert wird. Die resultierenden Spinnvektoren des Kernes in der Probe drehen dann von der Magnetfeldachse (z-Achse) zu der hierzu senkrechten Ebene (xy). Das HF-Feld wird üblicherweise als Impuls zugeführt, und wenn das Integral J H₁ dt für diesen Impuls ausreichend ist, den resultierenden Spinvektor um 90° in die xy-Ebene zu drehen, wird der Impuls als 90°-Impuls bezeichnet.

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Nach dem Wegfall des H₁-Feldes stellen sich die gleichgewichtigen Ausfluchtungen mit einer Zeitkonstanten T₁, der Spingitter-Relaxationszeit, von selbst wieder ein. Zusätzlich wird ein Teil der absorbierten Energie als ein Signal wieder abgestrahlt, welches auf der Resonanzfrequenz mit geeigneten Spulen angezeigt werden kann. Dieses freie Resonanzsignal klingt mit einer Zeitkonstanten T» ab, und die abgestrahlte Energie ist ein Maß (für Protonen) des Wassergehalts der Probe.

Soweit beschrieben, bezieht sich das Resonanzsignal auf die gesamte Probe. Wenn individuelle Resonanzsignale für Elementarproben in einer Scheibe oder einem Volumen eines Patienten bestimmt werden können, kann eine Verteilung der Protonendichte - tatsächlich die Verteilung des Wasergehalts - für jene Scheibe oder jenes Volumen bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, eine Verteilung von T₁ oder T„ zu bestimmen.

Die Grundlagen der Analyse der Protonen durch kernmagnetische Resonanz in einer Scheibe eines Körpers sind im allgemeinen ausführlich erörtert. Die bekannten Verfahren sind von P. Mansfield in "Contemp. Phys." 17 (6) 1976, 553-576 besprochen worden. Deshalb wird das Verfahren nur soweit im Detail erörtert, wie dies zum Verständnis der verbesserten Anordnung gemäß der Erfindung notwendig ist.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird insbesondere

eine Querschnittsscheibe des Patienten untersuchfcp obwohl auch die Untersuchung eines größeres ¥oloiaens SKHiiEiäesfc durch die Unter= sucnung einer Mehrzahl benachbarter Scheiben oder durch besonders ¥oliHnenabfcastimg möglich ist»

Der erste Schritt besteht darin, soweit wie möglich sicherzustellen, daß Resonanz (bei der gewählten Frequenz) nur in der gewählten Scheibe auftritt. Da die Resonanzfrequenz (die Larmor-Frequenz) in Beziehung mit dem Wert des gleichförmigen Magnetfeldes steht, wird die Scheibenauswahl durch überlagerung eines Gradienten auf H erreicht, so daß das gleichförmige Feld in unterschiedlichen Scheiben des Patienten von unterschiedlicher Größe ist. Das stetige und gleichförmige H -Feld wird wie zuvor

ZO

zugeführt, üblicherweise longitudinal zum Patienten. Ein zusätzliches Magnetgradientenfeld G = wird ebenfalls zugeführt.

Z (J Z

Wenn dann das impulsförmige H₁-FeId mit der passenden Frequenz angelegt wird, tritt nur in derjenigen Scheibe Resonanz auf,.in welcher die durch H and den örtlichen Wert von G festgelegte Resonanz-

!(ZCj ix

frequenz gleich der Frequenz für H₁ ist. Wenn der H₁-ImPuIs ein 90"-Impuls ist, bring er die Spinvektoren in die nur für die resonante Scheibe wesentliche x,y-Ebene. Da der Wert des Feldes nur während des H₁-ImPUlSeS bedeutsam ist, ist es nur notwendig, daß G„ angelegt wird, wenn H₁ angelegt ist, und in der Praxis ist auch G_z impulsförmig. Die H₁ und G -Felder sind dann deshalb entfernt. Es ist allerdings noch möglich, die resonanten Frequenzen der Spinvektoren zu ändern, die jetzt in der x,y-Ebene liegen. Dies wird —*— „^„^. v-^w« ..^-^*-** ~^~^. ^.^~-~. _x~_ ^ ^) erreicht,

K (J K

welches parallel zu H ist. Die Intensität von G_x, variiert jedoch

ZO is.

von einem Maximum an einer Außenseite der Scheibe durch Null im Zentrum zu einem Maximum in umgekehrter Richtung auf der gegenüberliegenden Außenseite. Das G-FeId ist in Fig. 1 dargestellt, wobei die Pfeile nur Werte auf Punkten eines Rechtecks 1 angeben. Natürlich wird eiiae gleichförmige Variation durch die und zwischen den dargestellten Größen vorhanden seia. Die Felder sind auch in Fig. 2 schema tisch la dem seitlichem &"a£ri3 In Beziehung zu einem Patienten 2 dargestellt» Entsprechend* wsrdeii die resonanten Frequenzen von eiser snsr anderen Seite qiisr ober die Scheibe gleichförmig variierenο

Wie zuvor erwähnt, weist das Signal, das jetzt auftritt, die Resonanzfrequenz auf. Folglich besitzen die von der Scheibe empfangenen Signale auch Frequenzen, die in der gleichen Weise quer zur Scheibe variieren. Die Amplitude bei jeder Frequenz repräsentiert dann inter alia die Protonendichte in einem entsprechenden Streifen parallel zur Null-Ebene von G_n. Die Amplitude für jeden Streifen kann durch Veränderung der Anzeigefrequenz über den Bereich, der quer zur Scheibe auftritt, erhalten werden. Vorzugsweise wird jedoch das gesamte Signal bei allen Frequenzen gemessen. Dieses wird dann in bekannter Weise einer Fourier-Analyse unterzogen, um ein FrequenzSpektrum zu erhalten. Die zu jedem Streifen passende Frequenz ist durch die benutzten Feldwerte bekannt, und die Amplitude für jede Frequenz ist durch das Spektrum gegeben.

Wie schon hinsichtlich des in Fig. 1 dargestellten Gradientenfeldes G erörtert, entsprechen die einzelnen Signale, die von dem FrequenzSpektrum für Frequenzzunahmen abgeleitet sind, zusätzlichen Streifen parallel zur Null-Ebene von G_.. Diese Signale sind ihrem Wesen nach den Eckwerten ähnlich, die bei Röntgenstrahlen in der Computer-Tomographie abgeleitet und analysiert werden. Die Eckwerte werden für Gruppen einer Mehrzahl verschiedener Orientierungen in einer untersuchten Scheibe erhalten und dann mittels eines geeigneten Verfahrens verarbeitet,so wie in der Patentanmeldung P 19 41 433 oder in der Weiterentwicklung gemäß der Patentanmeldung P 24 20 500 beschrieben.

Es ist augenscheinlich, daß durch Veränderung der Orientation der Null-Ebene G" relativ zur x,y-Ebene weitere Gruppen von

XV

Signalen erhalten werden können, die Protonendichten längs Linien weiterer Gruppen paralleler Linien entsprechender weiterer Richtungen in der untersuchten Scheibe darstellen. Das Verfahren wird deshalb wiederholt, bis ausreichend Gruppen von "Eckwerten" zur

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Verarbeitung durch solche Verfahren, die für Gruppen von Röntgenstrahlen gebräuchlich sind, abgeleitet worden sind. In der Praxis ist das Gp-FeId durch die Kombination zweier Gradientenfelder G

■£»■ X

und G vorgesehen, welche beide parallel zu H verlaufen, aber Gradienten in orthogonalen Richtungen haben. Die Richtung des Gradienten des resultierenden G -Feldes ist deshalb durch die relati-

ven Größen von G und G gegeben. In der nachfolgenden Beschreibung wird öfter auf die Bildung der G_.-Feldimpulse Bezug genommen,

SS.

und es soll daran erinnert werden, daß dabei auf die resultierenden von G und G -Feldimpulsen Beziehung genommen ist, auch wo die G -

X _y X

und G -Gradientenfelder nicht einzeln erörtert sind.

Die vollständige Untersuchung für eine Richtung des G-Gradienten wird dadurch erreicht, daß über geeignete Spulen die Folge der in Fig 3a gezeigten Impulse angelegt wird. Fig. 3b zeigt die Wirkung, die jeder Impuls auf den Spinvektor ausübt. Es kann festgestellt werden, daß das H₁-FeId ein Drehfeld um die z-Achse ist. In Abwesenheit von H₁ präzidieren die Spinvektoren um die z-Achse. Zur deutlichen Erklärung sind die Spinvektoren in Fig. 3b in einem Koordinatensystem gezeigt, welches mit H.. rotiert.

Betrachtet man Fig. 3a und Fig. 3b zusammen, so umfaßt der Impulszyklus sechs Phasen AB bis FG und eine Rückgewinnungsperiode, die durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. Das

H -Feld ist während des Zyklus ununterbrochen vorhanden, zo ^J

Vor dem ersten Impuls oder, wenn ein früherer Zyklus ausgeführt worden ist, nach der Rückgewinnungsperiode, sind die mittleren Spinmomente im wesentlichen mit der z-Achse ausgefluchtet (A) .

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Die gleichzeitig zugeführten Gradientenfelder des G Impulses und die H..-Impulse (AB) wählen jeweils die Scheibe und drehen die resultierenden Spinmomente in die x,y-Ebene (natürlich noch um die z-Achse präzidierend). Obwohl die Resonanzfrequenz durch die ausgewählte Scheibe hindurch die gleiche ist, ist eine Phasenverteilung vorhanden, die infolge der Erregung eingeführt wird, welche in einem Feldgradienten erfolgt. Somit sind die Spinmomente bei B gezeigt, obwohl sie zwischen viel größeren Grenzen verteilt sind, als dies zufriedenstellend dargestellt werden kann. So dargestellt, gibt L lediglich die Beschaffenheit der Verteilung an. Es wurde gefunden, daß diese Phasenverteilung durch Anlegen eines negativen Feldgradientenimpulses, das ist ein Impuls mit der richtigen relativen Größe von G , aber

um 180° versetzt (in der Praxis beträgt die Größe um 57% von G ), umgekehrt werden kann. Dieser Impuls BC wird deshalb angelegt, um die Spinmomente in der x,y-Ebene in Phase wie bei C zu bringen. Das H₁-FeId braucht sich nicht in den negativen Radientenimpuls

(G') fortzusetzen, aber es kann sich, wenn erforderlich, während ζ

jenes Impulses fortsetzen, um sicherzustellen, daß die Spinmomente in die x,y-Ebene gehen.

Zu dieser Zeit könnte ein Signal abgefragt werden, um einen Protonendichte für die ganze Scheibe zu geben. Jedoch ist das Signal in dieser Reihenfolge in Gegenwart eines G -Impulses CD abgetastet, welcher - wie vorher beschrieben - eine Frequenzverteilung in einer gewählten Richtung (R) in der Scheibe ergibt. Der Wechsel zu den neuen Frequenzen erfolgt fast augenblicklich mit dem Anlegen des G -Impulses und wird während des Impulses beibehalten. Wie angegeben, wird das Signal abgefragt und die Frequenz analysiert, um Protonendichten einer Mehrzahl benachbarter paralleler Streifen der Scheibe zu erhalten. Nach dem G -Impuls

haben die Spinmomente, welche trotz gewisser Entspannung (Relaxation) noch groß in der x,y_-Ebene sind, eine beträchtliche Phasenverteilung, wie bei D gezeigt ist (die Darstellung ist nur erläuternd, da die aktuelle Verteilung η Ti Radianten beträgt, wobei η = 100 oder mehr ist). Wenn in diesem Stadium ein weiterer Zyklus - wie soweit beschrieben - erforderlich ist, würde es notwendig sein, die Spingitter-Relaxationszeit zum Nachrichten bzw. Wiederausrichten der Spinmomente mit der z-Achse abzuwarten. Dies könnte soviel wie 5 Sekunden in Anspruch nehmen, was zu lange dauert, v/enn einige tausend Zyklen erforderlich sind.

Es wird vorgeschlagen, die Spinmomente durch Wiederholen der Impulsfolge bis zu D in umgekehrter Reihenfolge und umgekehrtem Richtungssinn in ihre Ausgangslage (A) zurückzubringen. Da der

-G -Impuls mit Ausnahme seiner Richtung im wesentlichen dem G-K .κ

Impuls gleicht, können während des Impulses weitere Signale angezeigt werden. Dies kann für die gleiche r-Richtung geschehen, wie für den vorherigen Impuls und trägt dazu bei, das Signalrauschverhältnis (Rauschabstand) zu verbessern.

Nach der umgekehrten Impulsfolge zeigen die Spinmomente als Folge der durch die Spin - Spin-Kopplung verursachten Phasenstreuung noch eine geringe Abweichung von der z-Achse. Dies kann nicht durch diese Impulsfolge und auch nicht durch irgendeine andere umgekehrt werden. Die Periode GA erlaubt deshalb eine gewisse Relaxation zum Wärmegleichgewicht (Zeitkonstante T₁), welches die Wirkung der Phasenverteilung eliminiert und auch die Wirkungen jeglicher Fehlanpassung zwischen den vorderen und umgekehrten Impulsen reduziert. Obwohl noch die Relaxationsperiode GA erforderlich ist, hat die Anwendung der umgekehrten Impulsfolge D-G diese Periode stark reduziert und erlaubt eine schnellere Wiederholung der gesamten Folge

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für andere R-Richtungen. Die Länge der Signalmeßperiode CE ist durch die Phasenverteilung, die durch die H -Feldinhomogenität verursacht wird, und auch durch die Verteilung bestimmt, welche durch die Spin-Spin-Kopplung verursacht wird. Wenn die Wirkung der H -Feldinhomogenität als übermäßiges Verkürzen der Periode CE angesehen wird, kann der Impuls FG eher 180° HF-Impuls als ein 90°-Impuls sein. Die Drehung des Spinmoments um 180° erzeugt ein sogenanntes "Spinecho" bekannter Form und der G -Impuls

Xs.

der gleich CD und DE ist, kann wiederholt werden, um eine weitere Signalmeßperiode zu erhalten. Das Spin-Echo-Verfahren ist bekannt, um die von der Feldinhomogenität herrührende Streuung umzukehren, und es kann hier einige Male wiederholt werden, bis man ausreichend Signale erhalten hat, oder bis die Spin-Spin-Verteilung, welche nicht umgekehrt werden kann, übermäßig wird. Wie in der Folge gemäß Fig. 3a sollte eine Spin-Echofolge mit den Impulse EF, FG und der Rückgewinnungsperiode GA enden.

Das Verhältnis der Periode GA zur Periode AG sollte vorzugsweise ungefähr gleich dem Verhältnis von T- zu T„ für maximale Empfindlichkeit sein. In charakteristischer Weise beträgt die genannte Periode AGA 40 ms , AG ist angenähert 5,5 ms, AB ist 300 iisec und CD ist 2 ms. Der H₁-ImPuIs ist typisch mit 0,6 Oe (Oerstedt), und besitzt eine Frequenz von 4,26 MHz für ein H von

Z O

1000 Oe. Alle anderen Impulse besitzen umgebende Frequenzen, für G sind +30 Oe bis -30 Oe (Spitze) typisch. G_R beträgt 15 Oe bis -15 Oe an den Rändern der Scheibe.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist G' kleiner als G ; charakteristisch ist die Gleichung:

/g¹ dt = 0, 55^/"G dt bis 0,β/ G dt, obwohl der Anteil auch größer, sein kann, etwa

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0,8/g dt.

Diese Impulsfolge ist Gegenstand der der englischen Patentanmeldung Nr. 2221/78 entsprechenden amerikanischen Patentanmeldung.

Fig. 4a und 4b zeigen in zwei Seitenansichten jeweils eine praktikable Spulenanordnung, um das H -Feld zu erzeugen. Fig. 4a zeigt auch die Spulen zur Erzeugung der G -Feldimpulse und, um die angenäherten Anmessungen darzustellen, den Patienten 2 im Querschnitt. Der Patient 2 ist in den rohrförmigen Spulenkörper der G_-Spulen 3 und 4 eingeführt und wird dort von einer Liege oder anderen Tragmitteln getragen. Solche Tragmittel können leicht in irgendeiner passenden Form vorgesehen werden.

Die Spulen 3, 4 bestehen aus zwei Sätzen axial versetzter Spulen, wobei jeder Satz zwei Paare von Sattelspulen umfaßt und das Paar 3 sich in einem Winkel von 90° zu dem Paar 4 befindet. Diese Spulen sind selbst in die zentrale Öffnung in die H -Spulen 5 eingeführt, welche in vier in Serie geschaltete Teile gewickelt sind, um eine angenähert kreisförmige Konfiguration zu schaffen, welche bekanntermaßen zur Erzeugung eines gleichförmigen Feldes erwünscht ist.

Fig. 4c zeigt in teilweise aufgeschnittener perspektivischer Ansicht die Spulen 3 und 4 in näheren Einzelheiten. Es sind zwei kreisförmige Spulen 7 zu erkennen, welche die G -Feldkomponente des Gradienten erzeugen, der H überlagert ist.

In Fig. 5 sind die H.-Spulen perspektivisch dargestellt. Es handelt sich um zwei sattelförmige Spulen 6, die parallel betrie-

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ben werden, um das Drehfeld H₁ZU erzeugen, und die außerdem verwendet werden, die Signale anzuzeigen, welche angenähert die gleiche Frequenz aufweisen.

Fig. 6 gibt, ebenfalls in perspektivischer Ansicht, eine vollständige Darstellung der beiden kreisförmigen Spulen 7, welche die G -Feldkomponente erzeugen.

Weitere Einzelheiten der Spulenwicklungen werden nicht erläutert, da geeignete Spulen ohne Schwierigkeiten leicht entworfen werden können, welche die geforderten Felder liefern.

Das Spulensystem umfaßt noch einen Satz Feldmeßsonden, deren Zweck weiter unten erläutert wird. Vier dieser Sonden sind Yttrium-Eisen-Granat abgestimmte Oszillatoren (sogenannte YIG-Oszillatoren), und bei der fünften und sechsten handelt es sich um einfache NMR-Sonden.

In Fig. 7 ist das Blockschaltbild eines Systems dargestellt, welches geeignet ist, die Impulsfolge in der zuvor erörterten Weise zu steuern. Ein Taktgeber 8 erzeugt Taktimpulse zur Steuerung des Systems und führt - wie gezeigt - anderen Einheiten Impulse zu. Vier Profilspeicher 9,9,9 und 9„ speichern jeweils die Impulsformen der G , G , G und H₁-ImPuISe. Diese Impulse sind als eine Folge von Stromamplituden in digitaler Form gespeichert, und jeder Amplitude zugeordnet und ebenfalls in digitaler Form ist die durch eine Anzahl von Taktimpulsen ausgedrückte Dauer gespeichert, während der jede Amplitude vorhanden sein soll.

Der Betrieb der vier Profilspeicher 9 wird durch einen Impulsfolgespeicher 10 gesteuert, welcher in gleicher Weise eine Befehlsfolge für den Betrieb der Profilspeicher 9 und die Dauer

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(Anzahl von Taktimpulsen) der Arbeit jeder Stufe der Folge speichert, einschließlich der Lücken in der Folge. Als Speicher 9 und 10 werden herkömmliche ROM-Speicher verwendet.

Auf Befehl von einer zentralen Steuerung (Operator, in Fig. 7 nicht dargestellt) aktiviert der Impulsfolgespeicher 10 den ersten Profilspeicher, der - wie der Beschreibung der Impulsfolge zu entnehmen ist - für die H₁- und G -Impulse vorgesehen ist. Die geeigneten Speicher 9 liefern die Amplituden- und Dauer-Signale, die mittels Digital/Analog-Wandler 11 in eine analoge Form gebracht und den jeweiligen Spulentreiberschaltungen 12 (x), 13 (y), 14 (H₁) und 15 (z) zugeführt werden. Die jeweiligen Treiberschaltungen, die von an sich bekannter Art, wie bei Treiberfeldspulen üblich, sein können, erzeugen den vorgeschriebenen Strom in der passenden Spule für die vorgeschriebene Zeitdauer.

Die soweit beschriebene NMR-Vorrichtung läßt sich ohne Schwierigkeiten realisieren, um die geforderten Daten einer Scheibe eines menschlichen Körpers zu erhalten. Um für diagnostische Informationen ausreichend genaue Ergebnisse zu erzielen, ist es jedoch erwünscht und in bestimmten Fällen wichtig, daß gewisse Faktoren, insbesondere das Magnetfeld, präzise gesteuert sind. Beispielsweise ist es erwünscht, daß das H -Feld etwa um 0,0002% genau über der untersuchten Scheibe gleichförmig sein sollte. Diese Gleichförmigkeit kann durch die Qualität der verwendeten Spulen und durch benachbarte ferromagnetische Materialien beeinträchtigt werden, welche deshalb auf einem Minimum gehalten werden sollten.

Auch die Gradientenfelder, die in der zuvor erläuterten weise durch

G_x (= G_R sin Θ)

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und G (= G_D cos Θ)-Impulse gebildet sind, erfordern y κ

eine große Präzision. Der G^-Gradientenvektor soll mit dem gering-

XV

möglichsten Fehler in der gewünschten Richtung liegen. Weiterhin soll der -G -Impuls den vorangehenden G -Impuls im umgekehrten Richtungssin wiedergeben. Die Erfindung befaßt sich nun mit der geforderten Genauigkeit von G_n. Zu diesem Zweck ist ein fortlaufend arbeitendes Steuersystem vorgesehen, welches auf die feldempfindlichen, innerhalb des Spulensystems angeordneten Sonden anspricht, um auf Änderungen in dem gemessenen Feld relativ zu dem wie gewünscht vorausberechneten Feld zu reagieren, und geeignete Korrekturen vorzunehmen.

Das System kann auf zwei Arten betrieben werden. Einer der G - oder G -Impulse kann an den anderen angepaßt werden, um den G^-Vektor wie gewünscht beizubehalten. Vorzugsweise ist derjenige Impuls, für den jHdt größer ist, an denjenigen angepaßt, für den das Integral kleiner ist. Alternativ können beide einer Standard-Kurvenform angepaßt werden.

Wenn man ein Modell eines passenden Impulses benutzt, können die Feldmessungen, die durch Abtasten zu gewählten Zeiten erhalten werden sollen, berücksichtigt werden. In der Praxis ist es ausreichend, Abtastzeiten so auszulegen, daß die Feldabtastungen durch gleiche Zunahmen von^IIdt voneinander getrennt sind. Die Zeiten, zu denen diese Abtastungen erwartet werden, sind deshalb in der Steuerschaltung gespeichert.

Wenn zu diesen vorbestimmten Zeiten Abtastungen vorgenommen werden, ergibt die Differenz zwischen dem geeichten Wert von JHdt und dem tatsächlich abgetasteten Wert von JHdt ein Fehlersignal E. Alternativ kann es angebracht sein, dann abzutasten, wenn die vorbestimmten Feldintegrale erreicht sind und die Ab-

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tastzeit zu registrieren. In diesem Fall wird das Fehlersignal durch die Differenzen zwischen der Zeit, zu der eine einzelne Abtastung zu erwarten war, und derjenigen Zeit, zu der die Abtastung durch das Feldsondensystem gemessen wurde, bestimmt.

Es ist daran zu erinnern, daß die Stromwellenform, welche die Felder erzeugt, den produzierten Feldern vorangeht. Es ist deshalb nur möglich, Korrekturen erst später in jedem Zyklus für die Fehler vorzunehmen, die schon aufgetreten sind. Die Fehler können allerdings gespeichert und für die Vor-Korrekturen eines späteren Zyklus verwendet werden.

G -Impulse selbst können auch verschiedene andere Formen annehmen als die, die hier bevorzugt zur Anwendung kommen. In einer vorteilhaften Form könnten sie als Rechteckgradientenimpulse ausgebildet sein, obwohl dies in der Praxis aus technischen Gründen nicht möglich ist. Jedoch kann die Erfindung mit irgendeiner Impulsform verwirklicht werden, die in der Praxis realisierbar ist, indem Feldintegrale zu gewählten Zeiten berechnet werden.

Ein geeigneter Impuls ist eine Halbsinuswelle, I = I sincot, so wie er in Fig. 8 durch die ausgezogene Linie dargestellt ist. Die Ansammlung von Spinphasen-Zählungen (0) in den Feldmeßsonden folgt dem Zeitintegral dieses Feldes:

0=1 (1 - cosat).
ο

Infolge von Korrekturen und Einstellungen, die nicht Teil der Erfindung sind, haben die realen Gradientenimpulse in der Praxis eine verzerrte Halbsinuswellenform, wie dies in Fig. 8 durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. Die verzerrte Form kann zufriedenstellend verwendet werden, vorausgesetzt, daß jeder Impuls

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an den anderen angepaßt ist oder beide an eine gewählte Form angepaßt sind. Für die nachfolgende Beschreibung wird jedoch angenommen, daß die Anpassung an eine ideale Halbsinuswelle vorliegt.

Es ist erwünscht, die Feldfehler zu korrigieren, so wie sie auftreten, und somit ihre Ansammlung zu verhindern. Daher wird der gemessene Wert^Iidt während des Intervalls At zwischen t , wenn die Abtastung erfolgte, und t + 1, der nächsten Abtastzeit, auf den geeichten Wert J^ Hdt zurückgebracht. Der Fehler E hat die Dimension Ampere Sekunden und die Korrektur erfolgt durch Hineinschicken

eines Stromes I in die Feldspulen während der Zeitat = t _Λ - t c η+Ί η

Die gewünschte Wirkung ist in Fig. 9 in einer Kurve dargestellt, wobei jHdt über t aufgetragen ist. Der Effekt dieser laufenden Korrektur über den Feldimpuls ist in Fig. 8 durch die gepunktete Linie verdeutlicht. Es wurde erwähnt, daß auch andere Feldimpulse benutzt werden können, und in Fig. 10, in welcher die ausgezogenen, die gestrichelten und die gepunkteten Linien die gleiche Bedeutung wie in Fig. 8 haben, ist eine andere Impulsform dargestellt.

Es ist festzustellen, daß der zur Durchführung der Korrekturen dienende Strom in der Induktivität nicht augenblicklich geändert werden kann. Es ist daher notwendig, eine Spannung anzulegen, derart, daß das Zeitintegral der Stromänderung den Fehler korrigiert. Der erforderliche Strom ist unter der Voraussetzung festgelegt, daß eine Stromeinleitung möglich ist.

linear.

Für At«2 ms ist in der Praxis ττ = I sinwt und fast

CiC ο

Der lineare Gradient, der erforderlich ist, um das reale 0 auf das in Δt geeichte 0 zurückzubringen, ist?

809850/oeei

,_, , ο (coscJt - cosüt _Λ) + E d0real _ τττ- - η η+1

dt " At

ο£ I sinwt + -γτγ
ο η At

so ist der erforderliche Korrekturstrom

T ₌ E_
c At

während des Intervalles^t ist.

Das ist eine Injektion der Ladung ο C = E (Ampere-Sekunden).

Es gibt viele mögliche Fehler, die von dem Verfahren der Impulserzeugung abhängen. Wenn bei dem Verfahren eine Hochleistungssinusquelle verwendet wird, sind eine Änderung der Impulsfelddauer und ein Ladespannungsfehler zwei der am häufigsten auftretenden Fehlerquellen Die erste Änderung kann um 1 % liegen und der Ladespannungsfehler sollte nicht größer als O,1% sein. Berechnungen zeigen, daß die Fehler in der Größenordnung von 1 - 2x1O~⁶ Ampere-Sekunden liegen, wobei At~5C^sec ist.

Für eine typische Spule gilt L = 6 mH, und V liegt dann in der Größenordnung von 10 Volt.

Die Korrektur umfaßt drei Gesichtspunkte:

1. Korrektur der Wellenform auf ihre geeichte (nicht die ideale) Gestalt,

2. zumindest teilweise Korrektur der Fehler, wenn sie erscheinen, um eine Ansammlung zu vermeiden,

3. Anwendung einer festen Korrektur zwischen Abtastzeiten.

909850/OeSI

Der akzeptable Fehler ist durch das Erfordernis gegeben, die Spinphase um _+ 0,1 Radiant zu steuern. Die gesamte Phasenänderung beträgt 128 χ 27ΓRadianten oder 800 Radianten, so daß der maximale akzeptable Fehler ist:

SI · — = 16 · 10~⁶ Ampere-Sekunden. Ο)

S^tI · —
DUO Ο)

Fig. 11 zeigt in vereinfachter Form eine NMR-Vorrichtung, die für medizinische Untersuchungen geeignet ist und die Impulsfolge verwendet, welche unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert worden ist, und welche die Feldsteuerung der Erfindung zur Bestimmung der G -Impulse umfaßt.

Die Spulen 3, 4, 5, 6 und 7, welche schematisch dargestellt sind, sind diejenigen Spulen, die zuvor in den Fig. 4-6 gezeigt worden sind. Sie sind jeweils durch die G_v, G , HF (H₁) und G -Treiberschaltungen 12, 13, 14 und 15 gemäß Fig. 7 und die

H -Treiberschaltung 16 gespeist und jeweils durch die G _v (G_n),

ZO ~ ÄX Xv

H₁, G und H -Steuerschaltungen 17, 18, 19 und 20 gesteuert. Die-

■ CM ZO

se Schaltungen können in geeigneter Form aufgebaut sein, wie es bei NMR-Geräten und anderen Vorrichtungen mit durch Spulen induzierten Magnetfeldern bekannt ist. Die Schaltung, welche die Speicher 9 aus Fig. 7 umfaßt, wird durch die Schaltung 21 angesteuert, welche den Speicher 10 aus Fig. 7 umfaßt, um die beschriebene Impulsfolge oder irgendeine andere Impulsfolge zu erzeugen.

Das während des G_R-Impulses abgefragte Signal wird in den H₁-Spulen 6 angezeigt und durch einen HF-Verstärker 22 verstärkt, bevor es einer Signalbearbeitungsschaltung 23 zugeführt wird. Die Schaltung 23 ist so aufgebaut, daß sie irgendwelche ge-.

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eignete Eichungen und Korrekturen durchführt. Vor allem aber gibt die Schaltung 23 die Signale ab, welche nutzbare Protonendichtewerte für Linien in dem Körper darstellen, um in Schaltungen verarbeitet zu werden, um die geforderte Darstellung zu erzeugen. Diese Schaltungen können speziell aufgebaut sein, um das Computer-Tomographie-Verfahren durchzuführen, wie in der deutschen Patentanmeldung P 24 20 500 beschrieben. Es ist jedoch vorteilhaft, das Verfahren mit einem geeignet programmierten digitalen Computer durchzuführen. Dieser Computer kann dann auch bequem die Impulsfolge steuern und somit auch die mit 21 bezeichnete Verarbeitungs- und Steuerschaltung bilden. Das erhaltene Bild ist auf einer Anzeigevorrichtung 24, die als Fernseh-Monitor ausgebildet sein kann, sichtbar, welcher Eingänge und andere Peripherien 25 zur Bereitstellung von Befehlen und Instruktionen für das Gerät oder andere Formen von Ausgängen umfaßt.

Soweit beschrieben, stellt das Gerät im wesentlichen eine Abwandlung bekannter Typen von NMR-Vorrichtungen dar, und das Gerät ist so aufgebaut, daß es mit der neuen, weiter oben beschriebenen Impulsfolge arbeitet.

Darüber hinaus enthält das Gerät jedoch zur Durchführung der Erfindung noch eine Feldmessung- und Fehlersignalschaltung 26, die über Verstärker 27 Signale von den gezeigten Feldsonden X₁, X„, Y₁, Y₂, N und M empfängt. Die Position der Sonden in Relation zu der untersuchten Scheibe des Körpers 2 ist weiterhin in Fig. 12 dargestellt. X₁, X„ stellen die YIG (Yttrium-Eisen-Granat) abgestimmten Oszillator-Sonden dar, auf die zuvor schon Bezug genommen wurde. Es sind dies Standard-Magnetfeldmeßsonden, wie sie in "R.M. Easson (The Microwave journal, Feb. 1971 pp 53-58 und 68) oder von Zublin et al. (The Microwave jouranel, Sep. 1975 pp 33.35 und 50)," beschrieben sind. Diese Sonden ermöglichen an den Stellen,

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an denen sie gelegen sind, Messungen der Felder, und zwar in Form von Schwingungen der feld-proportionalen Frequenz (2,8 MHz/Oe). Daher werden die gemessenen Werte durch Zählen der Schwingungen in einer gesetzten Zeit erhalten. In der Praxis können die YIG-Sonden in unterschiedlichen Betriebsarten schwingen, und es ist erforderlich, die Betriebsart während des Betriebes zu bestimmen. Zu diesem Zweck sind NMR-Sonden M und N vorgesehen.

Diese Sonden sind einfache Miniaturzellen aus reinem Wasser (z.B. in Form einer geschlossenen Proberöhre), die von kleinen Spulen umgeben sind. Sie ergeben eine zuverlässige Resonanz von 4,26 kHz/Oe und können verwendet werden, die Betriebsarten der YIG-abgestimmten Oszillatoren zu überprüfen. Sie besitzen jedoch eine unzureichende räumliche und zeitliche Auflösung, um als Ersatz für die YIG-Sonden für die Feldmessung verwendet zu werden. Die im Raum ortsfest fixierte Sonde N dient als Bezugsnormal. Eine bewegbare NMR-Sonde M kann benachbart zu den YIG-Sonden in Drehungen bewegt werden, um Daten zur Bestimmung deren Schwingungsbetriebsarten, Orientation und anderer Charakteristiken zu bestimmen.

In Fig. 13 ist ein Blockschaltbild der Schaltung zur G-Feldkorrektur dargestellt. Das Blockschaltbild umfaßt gewisse Merkmale, die wahlweise angewendet werden können, aber nicht wesentlich sind.

Das Sondensystem ist bei 28 im großen und ganzen so wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Jede Sonde liefert ein Ausgangssignal an einen jeweiligen Sondenverstärker 27. Die YIG-Sondensigna-Ie der Frequenz f (2,8 GHz für ein 1 kOe-Feld) werden in Mischern 29 gemischt, um sie auf Frequenzen zu bringen, die zum Zählen geeignet sind. Gewöhnlich ist f so gewählt, daß Af = f - f in dem

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Bereich von 150 - 200 MHz beträgt. Das Signal der Frequenz f wird von einem System-Taktgeber 30 (ein Kristall-Referehz-Taktgeber, der auch den Taktgeber 8 bilden kann) über einen Multiplizierer erzeugt.

Die Signale der Frequenz Af in jedem Kanal werden mit einem Faktor k in Multiplizierern 32 multipliziert. Der Faktor k kann viele verschiedene gewünschte Korrekturen beinhalten. Für den Augenblick besteht jedoch der bedeutendste Fehler darin, daß die YIG-Sonden in unterschiedlichen Betriebsarten schwingen können. Der Faktor k ist festgelegt, um die jeweilige Schwingungs-Betriebsart zu korrigieren und ein Signal einer Frequenz zu erzeugen, welche das gemessene Feld passend darstellt.

Die Frequenz kAf wird in Zählern 33 über eine geeignete Periode gezählt, um IntegraljHdt zu ergeben.

Wie zuvor erörtert, sind die Feldfehler für die G- und G -Impulse durch die Differenzen zwischen vorberechneten und gemessenen Feldwerten zu den Abtastzeiten bestimmt. Die vorberechneten Werte werden in einem RAM-Speicher 34 (Speicher mit direktem Zugriff) gehalten. Dieser Speicher kann durch irgendwelche geeignetenMittel vorgeladen werden. In der Praxis wird jedoch der zentrale Rechner, der die Verarbeitungs- und Steuerschaltung 21 umfaßt, programmiert, um die erforderlichen Werte zu berechnen, mit denen der RAM-Speicher 34 von der Verarbeitungs- und Steuerschaltung 21 her geladen wird. Die Feldfehler werden dann durch Bildung der Differenzen in Differenzschaltungen 35 erzeugt. Diese Differenzen werden für jede Sonde berechnet und in Einheiten 36 gemittelt, um X- und Y-Fehlersignale abzugeben. Wie zuvor erwähnt, erfolgt die Feldkorrektur durch Injektion von zu X und Y proportionalen Strömen in die G_-Feldspulen.

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Die Zählung in den Zählern 33 erfolgt während Perioden, die durch eine Zeitsteuereinheit 37 bestimmt werden. Diese Einheit nimmt den Ausgang des System-Taktgebers 30 auf und bildet Steuerimpulse, wie sie durch die Verarbeitungs- und Steuerschaltung 21 vorgegeben sind. Eine erforderliche Zählperiode für die YIG-Sonden kann aus ihren gegebenen Charakteristiken bestimmt werden. In typischer Weise bestehen die Zählsignale aus zwei eng benachbart angeordneten Impulsen mit je einem Verhältnis 1:40 (liipuls zu Lücke).

Die Korrektur für die verschiedenen Betriebsarten der YIG-Sonden erfolgt durch Verwendung der NMR-Sonde N mit der bewegbaren Sonde M. In einem anfänglichen Verfahren, bevor die Untersuchung beginnt, zählt der Zähler 38 den Ausgang der NMR-Sonde N nur in Gegenwart des H -Feldes.

Wie gezeigt, wird diese Periode durch die Verarbeitungsund Steuerschaltung 21 gesetzt, aber sie kann auch durch die Zeitsteuereinheit 37 gesetzt werden. Eine YIG-Sonde wird zu einer Zeit durch Bewegung der benachbarten M-Sonde auf die YIG-Sonde zu geeicht, so daß sie dasselbe Feld so nahe wie möglich "empfindet".

In der gleichen Periode, in der eine Sonde zu einer Zeit genommen ist, werden die Zählungen der anderen Sonden genommen und in Zähler/Serienparallelwandler und Speicher-Schaltungen 39 gehalten. Diese sind zur gleichen Zählperiode wie der Zähler 38 über Tore 40 und 41 gesetzt, welche einen Ausschnitt der NMR-Sondenzählung setzen. Die Zählungen von 29 und 38 werden einer Korrektureinheit 42 zugeführt, wobei die Zählungen von 38 über die Verarbeitungsund Steuerschaltung 21 zugeführt werden. Die Korrektureinheit 42 bestimmt die Korrekturen, die in den Addierern 43 zu den Zählungen der Zähleinheiten 39 addiert werden, um den Faktor k zu erhalten, welcher die YIG-Sondenzählung auf die NMR-Zählung korrigiert. Der

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Faktor k ergibt eine einfache Korrektur, so daß kAf die Zählung ist, welche die NMR-Sonde für das gleiche Feld ergeben haben würde.

Das soweit beschriebene System ist ausreichend, den G-Vektor zu steuern (obwohl M während eines G -Impulses nicht enthalten ist). Vorzugsweise wird das H -Feld ausreichend gleichförmig beibehalten.

Wie zuvor erwähnt, ist die bewegliche NMR-Sonde M als

Teil des nur mit dem H -Feld eingerichteten Verfahrens enthalten,

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da die Bedienungsperson die beweglichen Sonden nacheinander in die Positionen der YIG-Sonden bringt. Daher ist nicht nur die Zählung bei N vorgesehen, welches so zentral wie möglich zum Feld angeordnet ist, sondern auch eine örtliche NMR-Zählung für jede YIG-Zählung. Die örtliche NMR-Zählung M zeigt in erster Linie die Charakteristiken des YIG-abgestimmten Oszillators relativ zum örtlichen Feld an.

Es ist erwähnt worden, daß die G- und G -Impulse aneinander oder an ein Bezugsnormal angepaßt werden können. Jedoch steuert die Anpassung jedes Impulses an den anderen bloß den R-Vektor für jeden G -Impuls. Zurückkommend auf Fig. 3a sei daran

erinnert, daß der G -Impuls umgekehrt zu dem G„-Impuls passen soll-

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te, um die schnellstmögliche Erholung des Systems in der Periode GA zu geben. Wenn diese Zeit kritisch ist, ist es erwünscht, daß die Impulse an ein Bezugsnormal angepaßt sind, welches für G_R und -G₁, gleich ist. So ist eine schnelle Regenrierung möglich.

Die Art der Benutzung der bei 36 erzeugten X- und Y-Fehlersignale zur Steuerung der Korrektur der Impulsfolge ist in Fig. 14 dargestellt. Diese Figur zeigt Schaltkreise zur Steuerung

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der Korrektur des G -Impulses. Die entsprechenden Schaltkreise für G sind ident
Klammern gesetzt.

für G sind identisch und deshalb ist in der Fig. 14 das Y in

Das X (oder Y) Korrektursignal, welches von der Einheit 36 abgeleitet wird, ist während der zuvor erklärten Abtastdauer At einer Teilerschaltung 44 zugeführt, um den erforderlichen Korrekturstrom abzuleiten. Dieser wird in einem Summierer 45 zu dem erforderlichen, vom Profilspeicher 9 abgeleiteten Strom und dem wie zuvor benutzten korrigierten Stromwert addiert. Da die Korrektur und A t herkömmlicherweise in digitaler Form vorliegen, erfolgt die Addition der Korrektur vor dem Digital/Analog-Wandler

Wenn gewünscht, kann die Korrektur von 44 auch benutzt werden, die Form in dem Speicher 9 zu korrigieren, wenn die Art des Speichers dies zuläßt.

Der Wert von .At ist in diesem Beispiel in einem Speicher 46 gehalten, in welchem er vorgespeichert ist. Wenn die benutzte Impulsgestalt unkompliziert ist, können die Abtastzeiten vorberechnet werden und deshalb bekannt sein.

Wenn die Abtastung komplizierter ist, wie z.B. in der englischen Patentanmeldung Nr. 22292/78 beschrieben, kann die Abtastzeit als Ergebnis einer Untersuchung bestimmt werden. In jenem Fall kann «4t in den Speicher 46 während eines Impulszyklus als beste Schätzung für den nächsten eingegeben werden.

To / dm

Claims

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER EMI Limited 100/538 Patentansprüche :

1.1 Kernmagnetische Resonanz (NMR)-Vorrichtung zur Unter-

suchung mindestens einer Scheibe eines Körpers, gekennzeichnet:

§09850/0661

2S21253

Richtungen gemessenen Feldern und jenen Feldern sind, die erforderlich sind, um das Gradientenmagnetfeld mit einer gewünschten Größe in einer gewünschten Richtung zu erzeugen, und .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ableiten der Fehlersignale zum Vergleichen eines der Komponentenfelder mit dem anderen der genannten Komponentenfelder ausgebildet sind; und daß die Mittel zum Gebrauch der Fehlersigna-Ie .zum Anpassen des genannten Komponentenfeldes an das andere ausgestaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ableiten der Fehlersignale so ausgebildet sind, daß jedes der genannten Komponentenfelder mit einem vorgegebenen Bezugsnormal verglichen wird, und daß die Mittel zum Gebrauch der Fehlersignale zum Anpassen der genannten Komponentenfelder an das Bezugsnormal ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Bestimmen der Feldintegrale der Komponentenfelder zu vorbestimmten Intervallen, wobei die Mittel zum Ableiten der Fehlersignale zum Ableiten einzelner Fehlersignale für die genannten Intervalle ausgestaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle so bemessen sind, daß die Feldintegrale für jedes der Intervalle im wesentlichen die gleichen für die geforderten Werte der genannten Felder sind.

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6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß die Mittel zum Abfragen der Magnetfelder YIG-abgestimmte Oszillatoren umfassen.

7. Kernmagnetische Resonanz (NMR)-Vorrichtung zur Untersuchung mindestens einer Scheibe eines Körpers, gekennzeichnet durch

Mittel, um den Körper einem gleichförmigen Magnetfeld entlang einer Achse in dem Körper zu unterwerfen,

Mittel zum Anlegen eines Gradientenfeldes, welches in Verbindung mit dem genannten gleichförmigen Feld ein vorbestimmtes Feld in der Scheibe ergibt,

Mittel zum Anlegen eines impulsförmigen drehenden Magnetfeldes der Larmor-Frequenz für die Scheibe, um darin eine Resonanz zu verursachen,

Mittel zum Anlegen eines weiteren impulsförmigen Magnetfeldes mit einem Gradienten quer über die Scheibe, um darin eine Frequenzverteilung zu bewirken,

Mittel zum Abfragen des von der Scheibe resultierenden Resonanzsignals, wobei die Mittel zum Anlegen des weiteren Magnetfeldes Mittel umfassen, die das weitere Magnetfeld so gestalten, daß es zu unterschiedlichen Zeiten einen Gradienten in unterschiedlichen Richtungen in der Scheibe besitzt, indem Anteile der beiden Komponenten-Magnetfelder mit senkrechten Gradienten variiert werden/

Mittel zum Abfragen des Magnetfeldes in einer Vielzahl von Positionen in der Ebene der Scheibe,

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Mittel, um davon Fehlersignale abzuleiten, die kennzeichnend für Differenzen zwischen dem in zwei senkrechten Richtungen gemessenen Feldern und denjenigen Feldern sind, die erforderlich sind, um dem weiteren Magnetfeld eine gewünschte Größe in der gewünschten Richtung zu geben, und

8. Verfahren zur Untersuchung eines Körpers durch gyromagnetische Resonanz, insbesondere kernmagnetische Resonanz, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Es werden Magnetfelder angelegt, um eine Resonanz vorzugsweise in mindestens einer Scheibe des Körpers zu induzieren,

es werden Magnetfelder angelegt, die ein impulsförmiges Feld mit einem Gradienten quer über die Scheibe in einer Richtung umfassen, um eine Phasenverteilung innerhalb der genannten Resonanz zu verursachen, wobei das impulsförmige Feld so ausgestaltet ist, daß es zu unterschiedlichen Zeiten einen Gradienten in unterschiedlichen Richtungen in der Scheibe besitzt, indem Anteile von zwei Komponenten-Magnetfeldern variiert werden, welche senkrecht zueinander verlaufende Feldgradienten besitzen und welche zusammen das genannte impulsförmige Feld bilden,

die Magnetfelder werden an einer Vielzahl von Positionen in der Ebene der Scheibe abgefragt,

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es werden davon Fehlersignale abgeleitet, die bezeichnend für Differenzen zwischen den in zwei senkrechten
Richtungen gemessenen Feldern und jenen Feldern sind,
die erforderlich sind, um das impulsförmige Magnetfeld der gewünschten Größe mit seinem Gradienten in einer gewünschten Richtung zu erzeugen,

die Fehlersignale werden benutzt, um die Komponentenfelder an ihre geforderten Werte anzunähern, und

die von der Scheibe resultierenden Resonanzsignale werden abgefragt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignale die Abweichung eines Komponentenfeldes von dem geforderten Anteil des anderen Komponentenfeldes für die gewählte Gradientenrichtung darstellen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignale die Abweichung des Komponentenfeldes von einem vorbestimmten Bezugsnormal darstellen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Felder in Intervallen abgetastet und dazu gebraucht sind, um individuelle Fehlersignale für jedes Intervall abzuleiten.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Felder in Intervallen abgetastet und dazu
gebraucht sind, Fehler signale abzuleiten,, welche verwendet werden, die Felder zu späteren Zeiten so einzustellen, daß sie die Fehler korrigieren.

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13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Felder derart in Intervallen abgetastet werden, daß die Feldintegrale in jedem dieser Intervalle im wesentlichen gleich sind.

14. Verfahren zur Untersuchung eines Körpers durch gyromagnetische Resonanz, insbesondere kernmagnetische Resonanz, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Dem Körper wird ein gleichförmiges Magnetfeld längs einer Achse in dem Körper zugeführt,

es wird ein Gradientenfeld angelegt, welches in Verbindung mit dem genannten gleichförmigen Feld ein vorbestimmtes Feld in der genannten Scheibe ergibt,

es wird ein Magnetfeld angelegt, welches sich mit der Larmor-Frequenz für die Scheibe dreht, um darin eine Resonanz zu verursachen,

es wird ein weiteres Magnetfeld mit einem Gradienten quer über die Scheibe angelegt, um eine Frequenzverteilung zu verursachen, wobei das weitere Magnetfeld so beeinflußt ist, daß es zu verschiedenen Zeiten Gradienten in verschiedenen Richtungen in der Scheibe aufweist, indem die Anteile von zwei Komponenten-Magnetfeldern variiert werden, welche senkrechte Feldgradienten besitzen und welche zusammen das weitere Magnetfeld formen,

die Magnetfelder werden an einer Mehrzahl von Positionen in der Ebene der Scheibe abgefragt,

es werden davon Fehlersignale abgeleitet, die bezeichnend für die Differenzen zwischen den in zwei senkrechten Richtungen gemessenen Feldern und jenen Feldern
sind, die erforderlich sind, um das weitere Magnetfeld mit einer gewünschten Größe in gewünschter Richtung zu erzeugen,

die Fehlersignale werden verwendet, um die Komponentenfelder an ihre geforderten Werte anzunähern,

das von der Scheibe resultierende Resonanzsignal wird
abgefragt.

-Be sehreibung-

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