-
Diese Erfindung betrifft ein Abbildungsverfahren
durch magnetische Kernresonanz (ein NMR-Abbildungsverfahren)
und insbesondere ein Verfahren zum Absorbieren einer
zeitlichen Änderung des statischen Magnetfelds in einer NMR-
Abbildungsvorrichtung, um die Positionsabweichung eines NMR-
Bildes bei einer Messung von diesem zu beseitigen.
-
Ein NMR-Abbildungssystem (einfach als MRI)
bezeichnet, ist ein System zum Abbilden anatomischer oder
biochemischer Informationen auf der Grundlage der Protonen oder
anderer Kernteilchen. Das Bild enthält dabei ein Bild der
Kernspindichte selbst, das mit einer longitudinalen
Relaxationszeit T&sub1; oder einer transversalen Relaxationszeit T&sub2;
angereicherte Kernspin-Dichtebild sowie das für T&sub1; berechnete
Bild oder das für T&sub2; berechnete Bild. Das NMR-Abbilden
ermoglicht es, die auf Gewebe bezogenen Parameter als Bilder
zu sehen, wodurch medizinisch wichtige Informationen beim
Beurteilen der Abnormität des Gewebes erzielt werden.
-
Beim Messen von NMR-Erscheinungen wird ein zu
untersuchendes Objekt in einem statischen Magnetfeld
angeordnet, das durch einen Permanentmagnet, einen
widerstandsbehafteten Magnet oder einen supraleitenden Magnet
erzeugt werden kann, und wird mit RF-(Hochfrequenz)-Pulsen
(oder selektiv erregten Pulsen) bestrahlt. Nachfolgend werden
die vom Objekt emittierten Resonanzsignale empfangen. Das
NMR-Abbilden wird so ausgeführt, daß die NMR-Signale unter
der Bedingung gemessen werden, daß ein Gradientenmagnetfeld
angelegt ist, und die resultierenden Bilder werden danach
rekonstruiert. Genauer gesagt wird das Objekt unter der
Bedingung mit den RF-Pulsen bestrahlt, daß das
Gradientenmagnetfeld angelegt ist und die vom Untersuchungsbereich des
Objekts erzeugten NMR-Signale als räumliche Information
codiert sind.
-
Das Gradientenmagnetfeld wird zum Codieren des Raums
verwendet, weil sich eine Kernresonanzfrequenz ω in einer
linearen Beziehung mit dem Magnetfeld befindet. Falls das
Gradientenmagnetfeld räumlich linear bleibt, steht die
räumliche Position des Untersuchungsbereichs insbesondere in
einer linearen Beziehung zur Resonanzfrequenz. Auf diese
Weise kann die Positionsinformation des Objekts einfach durch
Fourier-Transformation der NMR-Signale, die eine zeitliche
Information sind, erhalten werden, wodurch sie auf eine
Frequenzachse geändert werden. Dies kann verwendet werden, um
das Bild zu rekonstruieren.
-
Falls das statische Magnetfeld geändert wird, tritt
jedoch das Problem einer Positionsabweichung auf. Das Problem
der Positionsabweichung kann einzeln in einem
zweidimensionalen Bild und in einer dazu senkrechten Scheibenrichtung
betrachtet werden.
-
Im allgemeinen benötigt die NMR-Abbildungsvorrichtung
für medizinische Anwendungen für eine normale Messung mehrere
Minuten oder mehr, und es wird daher eine Mehrscheibentechnik
verwendet, um durch eine einzige Messung eine Anzahl von
Bildern zu erhalten. Eine Anzahl von Bildern kann durch
Bestrahlen von Objektscheiben mit selektiv erregten Pulsen
bei der der Objektscheibe entsprechenden Mittenfrequenz unter
der Bedingung erhalten werden, daß das Gradientenmagnetfeld
angelegt ist. Falls das statische Magnetfeld dann geändert
wird, wird das Signal bei einer anderen als der vorbestimmten
Scheibenposition gemessen. Dies führt zu unerwünschten
anatomischen Positionsabweichungen.
-
Die Einzelheiten der obenerwähnten Erscheinung werden
mit Bezug auf Fig. 1 erklärt. Es wird angenommen, daß die
einer vorbestimmten Scheibenposition entsprechende
Mittenfrequenz ω&sub0; ist, daß also die durch das statische Magnetfeld am
Isozentrum festgelegte Mittenfrequenz ω&sub0; ist. Es wird nun
angenommen, daß die obenerwähnte Mittenfrequenz durch die
Änderung des statischen Magnetfelds infolge der
Umgebungstemperatur auf ω1 geändert wird. Wenn die Scheibenposition in
einer solchen Situation so festgelegt worden ist, daß sie der
Mittenfrequenz ω&sub0; entspricht, ist die Scheibenposition S&sub0;,
wie aus der oberen Frequenzachse aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Falls die Mittenfrequenz jedoch infolge der
Umgebungstemperaturänderung auf ω&sub1; geändert worden ist, wird die
Mittenfrequenz ω&sub1; im Isozentrum ein zentraler Punkt des
Gradientenmagnetfelds. Falls ω&sub1; > ω&sub0; ist, ist die der Mittenfrequenz ω&sub0;
entsprechende Scheibenposition S&sub1;, welche eine gegenüber S&sub0;
in Fig. 1 nach links verschobene Position ist.
-
Falls die durch das statische Magnetfeld im
Isozentrum in einem Raum eines statischen Magnetfelds beim
zweidimensionalen Bild weiterhin von der angenommenen
Mittenfrequenz verschieden ist, tritt eine
Positionsabweichung in Richtung der Frequenzcodierung auf.
-
Die obenerwähnte Erscheinung wird detailliert mit
Bezug auf die Figuren 2 und 3 erklärt. Das Erfassen von NMR-
Signalen ist als das Aufnehmen eines Differenzsignals
zwischen der Frequenz eines empfangenen Signals und einer
vorbestimmten Mittenfrequenz definiert. Es wird nun
angenommen, daß die vorbestimmte Mittenfrequenz ω&sub1; von der durch das
statische Magnetfeld im Isozentrum in einem Abbildungsraum
bestimmten Protonenresonanzfrequenz ω&sub0; verschieden ist.
-
In Fig. 2 ist eine Zeitsequenz bei einer typischen
Spinechomessung schematisch dargestellt. In Fig. 2 zeigt RF
einen Zeitablauf von eingestrahlten RF-Signalen und ihre
Einhüllende für ein selektives Anregen, Gz einen Zeitablauf
des Anlegens eines Gradientenmagnetfelds in Scheibenrichtung,
Gy einen Zeitablauf des Anlegens eines Gradientenmagnetfelds
in Richtung der Phasencodierung bei verschiedenen Amplituden
hiervon, Gx einen Zeitablauf des Anlegens eines
Gradientenmagnetfelds in Richtung der Frequenzcodierung. Signal zeigt
zu messende NMR-Signale, und die unterste Stufe zeigt mehrere
Abschnitte der Zeitsequenz.
-
Während des Abschnitts 1 wird der selektive
90º-Anregungspuls in ein Objekt eingestrahlt und auch das
Scheibenrichtungs-Gradientenmagnetfeld angelegt. Während des
Abschnitts 2 wird das Gradientenmagnetfeld in der
Phasencodierrichtung angelegt, um die Drehung eines von der
Position in der y-Richtung abhängigen Kernspins zu erzielen.
Während des Abschnitts 3 wird kein Signal angelegt. Während
des Abschnitts 4 wird der selektive 180º-Anregungspuls
eingestrahlt und auch das Gradientenmagnetfeld in der
Scheibenrichtung angelegt. Während des Abschnitts 5 wird das
Gradientenmagnetfeld in der Frequenzcodierrichtung angelegt
und das NMR-Signal gemessen.
-
Wenngleich während der Abschnitte 1 und 4 der Puls
bei der Frequenz ωz eingestrahlt wird, muß die Frequenz
während des Abschnitts 5, in dem das NMR-Signal gemessen
wird, im wesentlichen zur Protonenresonanzfrequenz
zurückgeführt werden, die durch die Intensität des statischen
Magnetfelds im Isozentrum in einem Abbildungsraum bestimmt
ist. Falls die vorbestimmte Mittenfrequenz ω&sub1;, die im
wesentlichen gleich ω&sub0; sein muß, an dieser Stufe von ω&sub0;
verschieden ist, wird die Positionsabweichung in Richtung der
Frequenzcodierung gemessen. Genauer gesagt wird das NMR-
Signal, wie bereits erwähnt wurde, als eine Information
bezüglich der Differenzfrequenz von der Mittenfrequenz
gemessen, so daß die Mitte des resultierenden Bilds der
Frequenz ω&sub0; entspricht. Falls die vorbestimmte Frequenz daher
nicht ω&sub0; sondern ω&sub1; ist, tritt die der Differenzfrequenz
ω&sub0; - ω&sub1; entsprechende Positionsabweichung in der
Frequenzcodierrichtung im zweidimensionalen Bild auf (s. Fig. 3). Die
Richtung der Abweichung hängt davon ab, ob das
Frequenzcodier-Gradientenmagnetfeld in Richtung der x-Achse positiv
oder negativ ist.
-
Es ist aus der obengegebenen Erklärung ersichtlich,
daß die Anderung der Intensität des statischen Magnetfelds zu
einer beim Abbilden gemessenen Positionsabweichung führt. Um
diesen Nachteil zu beseitigen, wurde die Technik des
"Festhaltens des Magnetfelds", die von Kazuo Toori u. a. in
"JITSUVO NMR, CW FT NMR NO TSUKAIKATA", 10. August 1985, S.
67 - 69, offenbart wurde, allgemein verwendet. Dieses
Festhalten des Magnetfelds ist eine Technik, bei der das
statische Magnetfeld dann, wenn es gegenüber dem angenommenen
zentralen Magnetfeld in der Abbildungsmitte geändert wird, um
die Differenz vergrößert oder verkleinert wird, so daß es mit
dem vorbestimmten zentralen Magnetfeld übereinstimmt, daß es
also festgehalten wird. Um diese Technik zu verwirklichen,
ist die NMR-Abbildungsvorrichtung, bei der ein
Permanentmagnet oder ein widerstandsbehafteter Magnet verwendet wird, mit
Kompensationsspulen versehen, durch die das statische
Magnetfeld geändert werden kann. Das angenommene zentrale
Magnetfeld wird durch den Spulenstrom so gesteuert, daß es
konstant ist.
-
Diese Technik zum Festhalten des Magnetfelds hat
jedoch die folgenden Nachteile. Falls ein Magnet mit einem
negativen Temperaturkoeffizienten verwendet wird, was bei der
Permanentmagnet-NMR-Abbildungsvorrichtung der Fall ist,
erzeugt der durch die Kompensations- oder Korrekturspule
fließende Strom Wärme, wodurch das statische Magnetfeld
weiter verkleinert wird, wodurch der Strom weiter erhöht
werden muß. Ein solcher Teufelskreis kann durch leichtes
Aufheben des im Permanentmagneten erzeugten statischen
Magnetfelds unterbrochen werden, indem der Strom stets durch
die Kompensationsspule hindurchgeführt wird. Falls der durch
die Spule hindurchzuführende Strom insbesondere vermindert
wird, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt und das durch den
Permanentmagneten erzeugte statische Magnetfeld vermindert
wird, kann das statische Magnetfeld wieder zum angenommenen
Magnetfeld im Abbildungszentrum zurückgeführt werden, und
auch die Stromerzeugung wird durch den verminderten Strom
vermindert.
-
Es ist bei einer solchen Anordnung jedoch
erforderlich, daß das durch die Kompensationsspule auf zuhebende
Magnetfeld durch Intensivieren des Permanentmagneten ergänzt
wird. Hierdurch werden die Herstellungskosten der Vorrichtung
zum Erzeugen des statischen Magnetfelds, bei der ein
Permanentmagnetfeld verwendet wird, als
NMR-Abbildungsvorrichtung in nachteiliger Weise erhöht.
-
In GB-A-2 173 001 ist ein Verfahren zum Verhindern
von Artefakten in NMR-Bildern durch Korrigieren der
zeitabhängigen Änderung der Intensität des statischen Magnetfelds
während des NMR-Abbildens offenbart. Das Verfahren beinhaltet
die Merkmale des Aufzeichnens eines FID-Signals oder des FID-
Teils eines Spinechos oder -Gradientenechosignals bei
Abwesenheit von Gradientenmagnetfeldern, des Fourier-
Transformierens des FID-Signals zum Erzielen der
Mittenfrequenz ω&sub1; des resultierenden Frequenzspektrums und des
Einstellens der Referenzfrequenz zur Phasenerkennung derart,
daß sie mit der Larmor-Frequenz ω&sub1; übereinstimmt, oder
alternativ des Steuerns der Intensität des statischen
Magnetfelds oder des Korrigierens der Datensignalphase. Da
das FID-Signal jedoch unmittelbar nach Beendigung von
Gradientenpulsen gemessen wird, kann es durch Wirbelströme
verzerrt sein.
-
Ein weiteres Verfahren zum Korrigieren des
nachteiligen Einflusses von Magnetfeldänderungen durch Bestimmen der
Spitzenfrequenz eines FID-Signals und durch entsprechendes
Einstellen der Oszillatorfrequenz ist aus Patent Abstracts of
Japan, Band 10, Nr. 173 (S. 469) [2229) bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein NMR
Abbildungsverfahren vorzusehen, bei dem eine durch Änderungen
des angelegten statischen Magnetfelds hervorgerufene
Positionsabweichung in einer Scheibenrichtung eines NMR-Bilds
einfach und genau korrigiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein im Anspruch ausgeführtes
Verfahren gelöst.
-
Vor dem Abbilden werden die NMR-Signale ohne Anlegen
eines Gradientenmagnetfelds in der Phasencodierrichtung und
eines Gradientenmagnetfelds in der Frequenzcodierrichtung
gemessen, wobei die NMR-Signale Fourier-transformiert werden,
um die Intensität eines statischen Magnetfelds zu erfassen
und dadurch eine Mittenfrequenz zu verfolgen, um eine
Positionsabweichung beim Abbilden zu beseitigen.
-
Um eine Positionsabweichung beim Abbilden zu
beseitigen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Technik
verwendet, bei der die sich mit der Änderung des statischen
Magnetfelds ändernde Mittenfrequenz verfolgt wird, um die
Mittenfrequenz mit der Intensität des statischen Magnetfelds
zu synchronisieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Diese und andere Aufgaben und Merkmale werden aus der
folgenden Beschreibung verständlich werden, die zusammen mit
der begleitenden Zeichnung gelesen werden sollte, wobei
-
Fig. 1 eine Darstellung einer Positionsabweichung in
Scheibenrichtung ist;
-
Fig. 2 eine Darstellung des Zeitablaufs zum Messen
von NMR-Signalen bei einer zweidimensionalen Fourier-
Transformations-Abbildung ist;
-
Fig. 3 eine Abbildung einer Positionsabweichung bei
einem zweidimensionalen Bild ist;
-
Fig. 4 ein Blockdiagramm der Gesamtanordnung einer
NMR-Abbildungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung ist;
-
Fig. 5 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem
Gesichtsfeld und dem Bild ist;
-
Fig. 6 eine Darstellung des Zeitablaufs beim Messen
einer Mittenfrequenz ist;
-
Fig. 7 eine Darstellung eines NMR-Signals und seiner
Fourier-Transformierten ist;
-
Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Verarbeitungsverfahrens
bei einer Ausführungsform gemäß dieser Erfindung ist;
-
Fig. 9 ein Blockdiagramm zur Darstellung innerer
Komponentenblöcke in der CPU aus Fig. 4 anhand ihres
Verarbeitungsflußdiagramms ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung beschrieben. In Fig. 4 ist eine
Gesamtanordnung einer NMR-Abbildungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung
dargestellt, welche unter Ausnutzung von NMR-Erscheinungen
Tomogramme liefert, und sie besteht im wesentlichen aus einem
Magnet 10 zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds, einer
Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 11, einer
Ablaufsteuereinrichtung 12, einer Sendeeinheit 13, einer Empfangseinheit 14,
einer Gradientenmagnetfeld-Einheit 15 und einer
Signalverarbeitungseinheit 16. Der Magnet 10 zur Erzeugung eines
statischen Magnetfelds dient dazu, um ein zu untersuchendes
Objekt 2 (beispielsweise einen menschlichen Körper) herum ein
starkes und gleichmäßiges statisches Magnetfeld in Richtung
einer Körperachse oder in der dazu senkrechten Richtung zu
erzeugen. Eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung aus einem
Permanentmagneten, einem widerstandsbehafteten Magneten oder
einem supraleitenden Magneten ist im Raum mit einer gewissen
Ausdehnung um das Objekt herum angeordnet. Die durch die CPU
11 gesteuert betätigte Ablaufsteuereinrichtung 12 dient dazu,
mehrere erforderliche Anweisungen zum Aufnehmen der Daten von
Tomogrammen des Objekts 2 zu bestimmten Zeitpunkten zur
Sendeeinheit 13, zur Gradientenmagnetfeld-Erzeugungseinheit
und zur Empfangseinheit 14 zu übertragen. Die Sendeeinheit
13 weist einen Hochfrequenzoszillator 17, einen Modulator 18,
einen Videofrequenzverstärker 19 und eine
Hochfrequenzsendespule 20a auf. Beim Betrieb der Sendeeinheit 13 werden zuerst
vom Hochfrequenzoszillator 17 Hochfrequenzimpulse erzeugt;
die so erzeugten Hochfrequenzimpulse werden in
Übereinstimmung mit einem Anweisungssignal von der
Ablaufsteuereinrichtung 12 durch den Modulator 18 amplitudenmoduliert, so daß
sie selektiv erregt werden, die amplitudenmodulierten
Hochfrequenzpulse werden durch den Hochfrequenzverstärker 19
verstärkt und danach der in der Nähe des Objekts 2
angeordneten Hochfrequenzspule 20a zugeführt. Auf diese Weise werden
elektromagnetische Hochfrequenzwellen in das Objekt 2
eingestrahlt.
-
Nachdem ein spezieller Abschnitt des Objekts 2
angeregt worden ist, wird die Zufuhr der Hochfrequenzpulse
unterbrochen. Nach einer bestimmten Zeit werden dann schwache
elektromagnetische Wellen vom Objekt 2 emittiert. Um die
emittierten elektromagnetischen Wellen zu empfangen, enthält
die Empfangseinheit 14 eine Hochfrequenz-Empfangsspule 20b,
einen Verstärker 21, einen Phasenverschiebungsdetektor 22
sowie einen A/D-Wandler 23. Beim Betrieb der Empfangseinheit
14 werden die vom Objekt 2 emittierten schwachen
elektromagnetischen Wellen durch die in der Nähe des Objekts 2
angeordnete Hochfrequenz-Empfangsspule 20b erfaßt und werden
die erfaßten elektromagnetischen Wellen über den Verstärker
21 und den Phasenverschiebungsdetektor 22 zum A/D-Wandler 23
übertragen und dabei in digitale Werte umgewandelt. Daraufhin
ist der Zeitablauf der digitalen Verarbeitung derart, daß die
Ausgangssignale des Phasenverschiebungsdetektors 22 in
Übereinstimmung mit einer Anweisung von der
Ablaufsteuereinrichtung 12 als zwei Reihen von Abtastdaten aufgenommen
werden und daß die aufgenommenen Daten zur
Signalverarbeitungseinheit 16 übertragen werden.
-
Die Gradientenmagnetfeld-Erzeugungseinheit 15 besteht
aus Gradientenmagnetfeld-Spulen 24, die so angeordnet sind,
daß die Magnetfelder erzeugt werden, deren Gradienten in die
drei jeweiligen orthogonalen Achsenrichtungen X, Y und Z
verlaufen, sowie aus einer
Gradientenmagnetfeld-Leistungsversorgung 25, die die jeweiligen Spulen 24 treibt. Beim Betrieb
legt die Gradientenmagnetfeld-Leistungsversorgung 25 für die
jeweiligen Spulen in Übereinstimmung mit einer Anweisung von
der Ablaufsteuereinrichtung die Gradientenmagnetfelder Gx, Gy
und Gz in den drei Richtungen X, Y und Z an das Objekt 2 an.
Durch Ändern der Art des Anlegens der Gradientenmagnetfelder
kann der Tomogrammabschnitt des Objekts 2 selektiv für einen
beliebigen Winkel zur Achse eingestellt werden.
-
Die Signalverarbeitungseinheit 16 besteht im
wesentlichen aus der CPU 11, einer Aufzeichnungsvorrichtung, wie
einer Magnetplatte 26, einem Magnetband 27 usw., sowie einer
Anzeigevorrichtung 28 in der Art einer Kathodenstrahlröhre
Beim Betrieb werden die in der CPU 11 bereitgestellten NMR-
Signale einer Verarbeitung, wie einer Fourier-Transformation,
einer Phasenkorrektur usw., unterzogen, um ein
rekonstruiertes Bild zu erzeugen, wobei die Signalintensitätsverteilung
auf einem bestimmten Tomogrammabschnitt oder die Verteilung
mehrerer einer geeigneten Rechenoperation unterzogener
Signalgruppen abgebildet und auf der Anzeigevorrichtung 28
angezeigt wird. Es sei bemerkt, daß die Sende- und
Empfangsspulen 20a, 20b und die Gradientenmagnetfeld-Spulen 24 im
Abbildungsraum des Magneten 10 zur Erzeugung des statischen
Magnetfelds angeordnet sind, welcher sich im das Objekt 2
umgebenden Raum befindet.
-
Es wurden mehrere Materialien für den
Permanentmagneten vorgeschlagen, der als Magnet 10 zum Erzeugen des
statischen Magnetfelds verwendet wird. Ein kürzlich
verwendeter Seltenerdmagnet (Nd-Fe-B) weist die höchste
Energiedichte, jedoch auch einen hohen Temperaturkoeffizienten auf. Er
hat einen sogenannten negativen Temperaturkoeffizienten, was
bedeutet, daß das erzeugte statische Magnetfeld abgeschwächt
wird, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Bei einem
Beispiel tritt ein Temperaturkoeffizient von beträchtlichen
-1000 ppm/ºC auf. Wenn die Umgebungstemperatur bei diesem
Temperaturkoeffizienten um 1ºC ansteigt, wird das statische
Magnetfeld um 1000 ppm abgeschwächt, was beispielsweise für
das statische Magnetfeld von 0,1 T 0,1 mT entspricht. Es wird
weiter unten beschrieben, in welchem Maße die
Positionsabweichung beim Bild in diesem Fall auftritt.
-
In Fig. 5 ist die Beziehung zwischen einem
zweidimensionalen Bild und einem Gradientenmagnetfeld beim Abbilden
dargestellt. Es wird angenommen, daß das Gradientenmagnetfeld
überall linear bleibt. Wenn nun angenommen wird, daß das
Gradientenmagnetfeld in Richtung der x-Achse Gx ist, wird das
Magnetfeld B&sub1; an einer bestimmten Position x als
-
B&sub1; = Gx x ... (1)
-
geschrieben.
-
Unter der Annahme, daß die Größe des Gesichtsfelds bei einem
zweidimensionalen Bild D ist, wird die Differenz AB der
Magnetfeldintensität zwischen beiden Enden des Gesichtsfelds
auf diese Weise als
-
ΔB = Gx D ... (2)
-
ausgedrückt.
-
Wenn das Gradientenmagnetfeld beispielsweise Gx = 0,15 mT/mm
beträgt und D = 30 cm ist, gilt
-
ΔB = 4,5 Gauß ... (3)
-
Unter der Annahme, daß das Magnetfeld durch eine
Temperaturänderung um 1 Gauß geändert worden ist, ergibt sich auf diese
Weise
-
1/ΔB x D 6,7 cm ... (4)
-
Dies bedeutet eine Positionsabweichung von 22,2 % für das
ganze Gesichtsfeld.
-
Diese Positionsabweichung tritt auch im gleichen Maße
in der Scheibenrichtung auf.
-
Der Grund für die Positionsabweichung besteht darin,
daß die Mittenfrequenz des angenommenen zentralen Magnetfelds
im Zentrum des Abbildungsraums nicht entsprechend geändert
wurde, wenngleich sich das statische Magnetfeld im
Objektabbildungsraum infolge der Temperaturänderung geändert hat.
-
Es ist bekannt, daß zwischen einem Magnetfeld B und
einer Larmor-Frequenz ω die Beziehung
-
ω = γB
-
gilt, wobei γ das ein gyromagnetisches Verhältnis eines
bestimmten Kernspins ist. Beispielsweise gilt für ein Proton
-
γ = 42,5759 x 2 π 10&sup6; (rad/s)/T.
-
Auf diese Weise beträgt die NMR-Frequenz für das statische
Magnetfeld von 0,1 T 4,25759 MHz 1 T entspricht 42,6 MHz.
-
Ein Problem hat sich daraus ergeben, daß das NMR-
Signal unter der Annahme gemessen worden ist, daß die
Mittenfrequenz bei 4,25759 Hz geblieben ist, wenngleich die
Intensität des statischen Magnetfelds um 1 Gauß abgesunken
ist und sich die Mittenfrequenz daher auf
-
4,25759 - 0,00426 = 4,25333 MHz
-
geändert hat. Da das NMR-Signal durch eine
Fourier-Transformation rekonstruiert wurde, wird das Bild erzeugt, bei dem
der Ursprung um die der Differenzfrequenz von 4,26 kHz
infolge der Temperaturänderung entsprechende Strecke
verschoben worden ist.
-
Um dieses Problem zu lösen, wird gemäß dieser
Erfindung anstelle der herkömmlichen Technik zum Festhalten
des Magnetfelds eine Technik verwendet, bei der die
Mittenfrequenz verfolgt wird. Die Technik zum Verfolgen der
Mittenfrequenz gemäß dieser Erfindung dient dazu, die
obenerwähnte Differenzfrequenz zu null zu machen und
insbesondere stets die Änderung der Intensität des statischen
Magnetfelds zu überwachen, damit die Mittenfrequenz ihr
folgen kann.
-
In Fig. 6 ist ein Zeitablauf zum Messen einer
Mittenfrequenz dargestellt. In Fig. 6 haben die Bezugssymbole
die gleichen Bedeutungen wie in Fig. 3.
-
Beim in Fig. 6 dargestellten Zeitablauf wird
angenommen, daß die Mittenfrequenz zuvor auf einen angenommenen Wert
ω&sub0; gesetzt worden ist. Dabei ist die selektiv anregende
Wellenform durch die amplitudenmodulierten Sinuswellensignale
bei der Frequenz ω&sub0; gegeben. Während des Abschnitts 1 wird
der amplitudenmodulierte selektiv anregende
90&sup0;-Hochfrequenzpuls bei der Frequenz ω&sub0; in das Objekt eingestrahlt, und es
wird auch das Gradientenmagnetfeld in der Scheibenrichtung G&sub2;
angelegt. Während des Abschnitts 2 wird kein Signal an das
Objekt angelegt. Während des Abschnitts 3 wird der
amplitudenmodulierte selektiv anregende 180º-Hochfrequenzpuls in das
Objekt eingestrahlt, und es wird auch das
Gradientenmagnetfeld in der Scheibenrichtung Gz angelegt. Auf diese Weise
wird der Kernspin in einem speziellen Tomogrammabschnitt in
einem rotierenden Koordinatensystem umgekehrt. Während des
Abschnitts 4 wird das NMR-Signal gemessen, ohne daß ein
Gradientenmagnetfeld angelegt ist.
-
Da die so gemessenen NMR-Signale ohne Anlegen des
Gradientenmagnetfelds in der Frequenzcodierrichtung Gx und
des Gradientenmagnetfelds in Phasencodierrichtung Gy
aufgenommen wurden, enthalten die Fourier-Transformierten davon
nicht die Positionsinformation bezüglich des Kernspins im
angeregten Tomogrammabschnitt und bilden ein in einem
Spektroskopiebereich zu verwendendes Spektrum. Auf diese
Weise ist die Abszisse im Fourier-Transformationsbereich die
Frequenz. In Fig. 7(a) ist das in der obenerwähnten Weise
gemessene NMR-Signal dargestellt, wobei die Abszisse die Zeit
ist. In Fig. 7(b) ist die Fourier-Transformierte davon
dargestellt, wobei die Abszisse die Frequenz ist.
-
Falls sich die durch eine Intensität des statischen
Magnetfelds festgelegte Mittenfrequenz ω&sub1; von der für die
angenommene Mittenfrequenz ω&sub0; unterscheidet, wie aus Fig.
7(b) ersichtlich ist, befindet sich der Spitzenwert des
Spektrums nicht am Ursprung der Spektrumskoordinaten, sondern
an der um ω&sub1; - ω&sub0; verschobenen Position. Damit die
Resonanzfrequenz mit der Mittenfrequenz übereinstimmt, wird die
obenerwähnte Differenzfrequenz ω&sub1; - ω&sub0; daher zur zuvor
angenommenen Mittenfrequenz ω&sub0; addiert, um dadurch eine neue
Mittenfrequenz zu erzielen.
-
Ein konkretes Verarbeitungsverfahren der
Ausführungsform dieser Erfindung wird in Zusammenhang mit Fig. 8
erklärt. Zuerst wird eine geeignete Mittenfrequenz ω&sub0;
festgelegt (Schritt 101). Nachfolgend wird die NMR-Signalmes
sung ausgeführt, ohne andere Gradientenmagnetfelder anzulegen
als das in Scheibenrichtung verlaufende Gradientenmagnetfeld
(Schritt 102). Das so erhaltene digitale Signal wird in einer
Richtung Fourier-transformiert (Schritt 103) und einer
Absolutwertverarbeitung für komplexe Zahlen unterzogen
(Schritt 104), und es wird danach der Spitzenwert des so
gebildeten Spektrums erfaßt (Schritt 105). Falls der
Spitzenwert höher liegt als der Rauschpegel (Schritt 106,
"JA"), wird die den Spitzenwert anzeigende Differenzfrequenz
Δω) berechnet und eine als
-
ω&sub1; = ω&sub0; + Δω (6)
-
ausgedrückte neue Mittenfrequenz ω&sub1; festgelegt (Schritt 107).
Falls der Spitzenwert dem Rauschpegel gleicht oder
kleiner als dieser ist (Schritt 106, "NEIN"), wird die zuvor
festgelegte Frequenz ω&sub0; in einen anderen Frequenzbereich
verschoben (Schritt 108). Selbst dann, wenn der
Frequenzbereich auf diese Weise geändert wird, kann der Spitzenwert
möglicherweise nicht innerhalb des angegebenen
Frequenzbereichs erhalten werden (Schritt 109, "NEIN"). Dann wird die
Verarbeitung unter der Feststellung beendet, daß im
Netzsystem
eine Abnormität auftritt (d. h. unter einer abnormen
Beendigung) (Schritt 110). Falls dies nicht der Fall ist
(Schritt 109, "JA"), kehrt die Verarbeitung zum Schritt des
Messens des NMR-Signals zurück.
-
Die obenerwähnte Verarbeitung kann so, wie in Fig. 9
dargestellt ist, durch eine zweckgebundene Hardware
vorgenommen werden. In Fig. 9 sind innere Komponentenblöcke in der
CPU aus Fig. 4 zusammen mit ihrem Verarbeitungsflußdiagramm
dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß in Fig. 4 die
Hauptkomponenten der ganzen NMR-Abbildungsvorrichtung
dargestellt sind, während in Fig. 9 die Arbeitsweisen der
Hauptkomponenten in der Ausführungsform dieser Erfindung
anhand ihres Flußdiagramms dargestellt sind, und es sind
daher in Fig. 4 mehrere Blöcke mit der gleichen Bezugszahl
enthalten. Es sei auch bemerkt, daß die in Fig. 4 nicht
dargestellten Blöcke in Fig. 9 in der CPU 11, der
Magnetplatte 26 oder dem Magnetband 27 enthalten sind.
-
Bei der in Fig. 9 dargestellten Verarbeitung wird
zuerst durch eine Mittenfrequenz-Einstellschnittstelle 30 im
Hochfrequenzoszillator 17 eine angenommene Mittenfrequenz ω&sub0;
eingestellt. Nachfolgend wird die Ablaufsteuereinrichtung 12
durch eine Meßauslösungsschnittstelle 31 betätigt, um mit dem
Messen des NMR-Signals zu beginnen. Daraufhin werden das
Gradientenmagnetfeld in der Frequenzcodierrichtung und das
Gradientenmagnetfeld in der Phasencodierrichtung nicht
angelegt. Die während der Messung durch den A/D-Wandler 23
digitalisierten NMR-Signale werden durch eine
Datenaufnahmeschaltung 32 in einem eindimensionalen Pufferspeicher 33
gespeichert. Wenn die Messung abgeschlossen ist, wird der
Inhalt des eindimensionalen Pufferspeichers durch eine
FFT(schnelle Fourier-Transformation)-Rechenvorrichtung 34
Fourier-transformiert. Die sich daraus ergebenden Daten
werden zu einem eindimensionalen Pufferspeicher 35
übertragen. Da die gemessenen Daten komplexe Daten sind, die jeweils
aus einem Realteil und einem Imaginärteil bestehen, werden
deren Absolutwerte durch eine Rechenvorrichtung 36 für
komplexe Absolutwerte berechnet, und die Absolutwerte werden
zu einem eindimensionalen Pufferspeicher 37 übertragen. Der
Spitzenwert der Absolutwerte wird durch eine
Spitzenwerterkennungs-Vorrichtung 38 abgegriffen und in ein Register 39
5 geladen.
-
Der in das Register 39 geladene Wert wird durch einen
Vergleicher 40 mit einem vorgegebenen Rauschpegel verglichen.
Falls er dem Rauschpegel gleicht oder kleiner ist als dieser,
wird er unter der Feststellung, daß der Spitzenwert nicht
richtig erkannt worden ist, in einen anderen Frequenzbereich
gelegt. Dies wird genau gesagt durch Addieren eines
bestimmten Inkrements zur aktuellen Mittenfrequenz oder durch
Subtrahieren eines bestimmten Inkrements von dieser in der
Frequenzbereichs-Einstellungsschnittstelle 30 ausgeführt. Es
wird in einem Vergleicher 42 beurteilt, ob der
Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Rahmens liegt. Falls
dies nicht der Fall ist, wird die Verarbeitung abnorm
beendet. Falls der Frequenzbereich innerhalb des Rahmens
liegt, kehrt die Verarbeitung zur
Mittenfrequenz-Einstellungsschnittstelle 30 zurück, um wiederum mit der Erfassung
des obenerwähnten Spitzenwerts zu beginnen. Es sei bemerkt,
daß ein Rahmen zum Angeben des zu verwendenden
Frequenzbereichs im Vergleicher 42 vorgegeben ist.
-
Falls herausgefunden wurde, daß der Spitzenwert nicht
kleiner als der Rauschpegel ist, wird durch eine
Differenzfrequenz-Berechnungsschaltung 43 eine Frequenzdifferenz von
der Mittenfrequenz berechnet. Die Differenzfrequenz wird
durch einen Addierer 44 zur aktuellen Mittenfrequenz addiert.
Die so erzielte Frequenz wird im Hochfrequenzoszillator 17
über die Mittenfrequenzschnittstelle 30 als neue
Mittenfrequenz eingestellt. Die Verarbeitung ist damit beendet.
-
Falls die Mittenfrequenz gemäß dieser Erfindung, wie
oben erwähnt wurde, vor dem NMR-Abbilden gemessen worden ist,
kann die Messung ohne eine Positionsabweichung vorgenommen
werden, ohne daß die Technik zum Festhalten des Magnetfelds
verwendet wird.
-
Gemäß dieser Erfindung können dementsprechend
lediglich durch Vorsehen einer einfachen Einrichtung von einer
Positionsabweichung freie Bilder erzeugt werden, ohne daß es
erforderlich wäre, Kompensationsspulen zum Korrigieren eines
statischen Magnetfelds und die Schaltung zum Festhalten des
Magnetfeld vorzusehen.