DE3616749A1

DE3616749A1 - Verfahren zur ermittlung der spektralen verteilung der kernmagnetisierung in einem begrenzten volumenbereich

Info

Publication number: DE3616749A1
Application number: DE19863616749
Authority: DE
Inventors: Graeme Colin Dr Mckinnon
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-05-17
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der spektralen Verteilung der Kernmagnetisierung in einem begrenzten Volumenbereich, wobei in Anwesenheit eines stationären homogenen Magnetfeldes drei Hochfrequenz impulse jeweils in Verbindung mit einem magnetischen Gradientenfeld auf den Untersuchungsbereich einwirken, wobei die Richtung des Gradienten des magnetischen Gradientenfeldes von Impuls zu Impuls um 90° geändert wird und das im Untersuchungsbereich erzeugte stimulierte Echosignal abgetastet und verarbeitet wird.

Ein solches Verfahren ist Gegenstand der deutschen Patent anmeldung P 36 05 547.6 und der deutschen Patentanmeldung P 36 07 341.5 (Fig. 4).

Die Verfahren basieren darauf, daß durch drei Hoch frequenzimpulse die Kernmagnetisierung in drei zueinander senkrechten Schichten angeregt wird, wobei die Beschrän kung auf die einzelnen Schichten dadurch erfolgt, daß während des Hochfrequenzimpulses ein magnetisches Gradien tenfeld mit einem senkrecht zu der anzuregenden Schicht verlaufenden Gradienten erzeugt wird, und daß der Hoch frequenzimpuls nur eine bestimmte Bandbreite erhält. Im Schnittbereich der drei so angeregten Schichten wird ein stimuliertes Echosignal erzeugt, das zur Ermittlung der spektralen Verteilung herangezogen wird. Die durch die drei Hochfrequenzimpulse erzeugten Spin-Echo-Signale und die durch den freien Induktionszerfall hervorgerufenen Kernspin-Resonanzsignale werden durch zusätzliche magne tische Gradientenfelder zwischen bzw. nach den Hoch frequenzimpulsen unterdrückt.

Es ist bekannt, daß durch das Einwirken eines magnetischen Gradientenfeldes während eines Hochfrequenzimpulses die Kernmagnetisierung innerhalb und senkrecht zur angeregten Schicht dephasiert ist. Diese Dephasierung läßt sich in bekannter Weise (vgl. z.B. Phys. Med. Biol., Vol. 25, 1980, Seiten 751 bis 756, insb. Fig. 1) dadurch besei tigen, daß die Polarität des magnetischen Gradientenfeldes nach dem Hochfrequenzimpuls umgekehrt wird, wobei das zeitliche Integral über das magnetische Gradientenfeld von der Mitte des Hochfrequenzimpulses bis zum Abschalten dieses Gradientenfeldes Null sein muß.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß wenn die drei zueinander senkrechten Schichten bei dem oben genannten Verfahren auf diese Weise angeregt werden, die Dephasierung nicht völlig beseitigt werden kann, so daß das erzeugte stimulierte Echosignal relativ schwach ist. Es ist Aufgabe der vor liegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die geschilderte Dephasierung zumindest verringert und das stimulierte Echosignal (bzw. das Signal-Rausch-Verhältnis beim Empfang dieses Signals) vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polarität des während des ersten bzw. des dritten Hochfrequenzimpulses wirksamen magnetischen Gradienten feldes nach dem ersten bzw. dem dritten Hochfrequenzimpuls umgeschaltet wird, daß vor dem zweiten Hochfrequenzimpuls das Gradientenfeld mit einer zur Polarität dieses Feldes während des zweiten Impulses entgegengesetzten Polarität eingeschaltet wird, und daß der zeitliche Verlauf jedes der während eines Hochfrequenzimpulses wirksamen Gradien tenfelder so gewählt ist, daß das zeitliche Integral von der Mitte des ersten bzw. des dritten Hochfrequenzimpulses bis zum Abschalten des jeweiligen Gradientenfeldes bzw. vom Einschalten des Gradientenfeldes bis zur Mitte des zweiten Hochfrequenzimpulses Null ist.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß der erste und der dritte (90°-) Hochfrequenzimpuls den Vektor der Kernmagnetisierung von der longitudinalen (d.h. der z-) Richtung in die transversale Richtung (d.h. in die xy-Ebene) kippen, während der zweite Impuls spiegel bildlich dazu die Kernmagnetisierung von der transversalen in die longitudinale Richtung kippt. Deshalb muß der zweite Impuls und das ihn begleitende magnetische Gradien tenfeld in zeitlicher Hinsicht das Spiegelbild des ersten bzw. des dritten Hochfrequenzimpulses mit dem jeweils begleitenden magnetischen Gradientenfeld sein. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale bei einer Sequenz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt. Eine erfindungsgemäße Sequenz umfaßt acht aneinander anschließende Zeitintervalle t 1... t 8. Während der Zeitintervalle t 1, t 3 und t 5 wird je ein Hochfrequenz impuls, vorzugsweise ein 90° Hochfrequenzimpuls, erzeugt. Die Mittenfrequenz jedes Hochfrequenzimpulses muß der Larmorfrequenz der anzuregenden Kernspins bei der vor gegebenen Feldstärke des stationären homogenen Magnet feldes entsprechen. Die Bandbreite der Hochfrequenzimpulse bestimmt die Größe des Volumenbereiches, der ein stimu liertes Echosignal erzeugt.

Während des ersten Zeitintervalls wird ein magnetisches Gradientenfeld Gx eingeschaltet, dessen Gradient in x-Richtung verläuft. Das Gradientenfeld Gx ist während des gesamten Hochfrequenzimpulses konstant. Dadurch wird die Kernmagnetisierung in einer zur x-Achse senkrechten Schicht angeregt, deren Dicke durch die Bandbreite des Hochfrequenzimpulses und die Größe des Gradienten des magnetischen Gradientenfeldes vorgegeben ist. Nach dem Hochfrequenzimpuls wird die Polarität des magnetischen Gradientenfeldes umgeschaltet und das magnetische Gradien tenfeld Gx noch im Zeitintervall t 1 abgeschaltet. Der zeitliche Verlauf des magnetischen Gradientenfeldes ist dabei so gewählt, daß das zeitliche Integral über dieses Gradientenfeld von der Mitte des Hochfrequenzimpulses bis zum Abschalten Null ist. Dadurch wird erreicht, daß die Phasenlage der Kernmagnetisierung in der angeregten Schicht unabhängig von der x-Koordinate ist. Auf analoge Weise wird die Kernmagnetisierung während des fünften Intervalls t 5 durch Anlegen eines magnetischen Gradien tenfeldes Gz in einer zur z-Richtung senkrechten Schicht angeregt.

Würde die Anregung durch den zweiten Hochfrequenzimpuls im dritten Zeitintervall t 3 auf analoge Weise erfolgen, indem also während des Hochfrequenzimpulses das in y-Richtung verlaufende Gradientenfeld Gy eingeschaltet und an schließend umgeschaltet würde, dann wäre die Kernmagneti sierung in dem Schnittbereich der durch die drei Hoch frequenzimpulse angeregten Schichten zum Teil dephasiert. Gemäß der Zeichnung wird diese Dephasierung dadurch ver mieden, daß vor dem zweiten Hochfrequenzimpuls im Zeit intervall t 3 das magnetische Gradientenfeld Gy mit in y-Richtung verlaufendem Gradienten eingeschaltet wird, wodurch die Kernmagnetisierung in der durch den ersten Hochfrequenzimpuls angeregten zur x-Achse senkrechten Schicht in y-Richtung dephasiert wird. Dadurch, daß die Polarität dieses Gradientenfeldes umgeschaltet wird, so daß dieses Gradientenfeld während des zweiten Hoch frequenzimpulses die entgegengesetzte Polarität hat wie unmittelbar zuvor, und dadurch, daß der zeitliche Verlauf des magnetischen Gradientenfeldes so gewählt ist, daß das zeitliche Integral über dieses Feld von dem Einschalten bis zur Mitte des zweiten Hochfrequenzimpulses Null ist, wird diese Dephasierung jedoch wieder beseitigt.

Dadurch wird die Amplitude bzw. das Signal-Rausch- Verhältnis des im siebten Zeitintervall t 7 auftretenden stimulierten Echosignals, das allein durch die Kern magnetisierung im Schnittbereich der drei Schichten bestimmt ist, verbessert.

In den Zeitintervallen t 2, t 4 und t 6 nach dem ersten, dem zweiten bzw. dem dritten Hochfrequenzimpuls, d.h. nach dem Abschalten des zu dem betreffenden Hochfrequenzimpuls gehörenden magnetischen Gradientenfeldes, werden zur Unterdrückung aller anderen Arten von Kernspin-Resonanz signalen magnetische Gradientenfelder erzeugt, wie aus der Figur ersichtlich.

Nach dem achten Intervall t 8 im Anschluß an die Erfassung des stimulirten Signals kann die Sequenz wiederholt werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der spektralen Verteilung der Kernmagnetisierung in einem begrenzten Volumenbereich, wobei in Anwesenheit eines stationären homogenen Magnet feldes drei Hochfrequenzimpulse jeweils in Verbindung mit einem magnetischen Gradientenfeld auf den Untersuchungs bereich einwirken, wobei die Richtung des Gradienten des magnetischen Gradientenfeldes von Impuls zu Impuls um 90° geändert wird und das im Untersuchungsbereich erzeugte stimulierte Echosignal abgetastet und verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des während des ersten bzw. des dritten Hochfrequenzimpulses wirksamen magnetischen Gradientenfeldes nach dem ersten bzw. dem dritten Hochfrequenzimpuls umgeschaltet wird, daß vor dem zweiten Hochfrequenzimpuls das magnetische Gradientenfeld mit einer zur Polarität dieses Feldes während des zweiten Impulses entgegengesetzten Polarität eingeschaltet wird, und daß der zeitliche Verlauf jedes der während eines Hochfrequenzimpulses wirksamen Gradientenfelder so gewählt ist, daß das zeitliche Integral von der Mitte des ersten bzw. des dritten Hochfrequenzimpulses bis zum Abschalten des jeweiligen Gradientenfeldes bzw. vom Einschalten des radientenfeldes bis zur Mitte des zweiten Hochfrequenz impulses Null ist.