DE3811896A1

DE3811896A1 - Verfahren und einrichtung zum reduzieren von durch den atmungsvorgang verursachten bewegungsartefakten in kernmagnetresonanzabbildungen

Info

Publication number: DE3811896A1
Application number: DE3811896A
Authority: DE
Inventors: Yair Shimoni; Bilha Nissenson
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1988-04-09
Publication date: 1989-02-09
Also published as: IL82184A; US4930508A; IL82184A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zur Kernmagnet-Resonanzbilddarstellung (NMR), und insbes. auf Verfahren und Einrichtungen zum Reduzieren von durch den Atmungsvorgang verursachten Bewegungsartefakten in NMR- Bilddarstellungen.

Eines der maßgeblichen Probleme, denen sich derzeit die Hersteller von NMR-Bilddarstellungsgeräten gegenübersehen, sind die Bewegungsartefakte, insbesondere in den Bilddarstel lungen der oberen Thorax und des Bauches. Eine entscheidende Ursache für die Bewegungsartefakte ist das Atmen. Durch das Atmen werden quasizyklische Änderungen in den HF-Datensigna len eingeführt, die von dem Empfänger des NMR-Systems aufgenommen werden. Diese "Fremd"-Frequenz bewirkt eine Anzahl von Kopien der Bilddarstellungen, die als "Schatten" bezeichnet werden, und die längs der Codierachse auftreten, die Bilddarstellung verwischen und Artefakte erzeugen. Da diese quasizyklischen Änderungen sich aus nichtlinearen Bewegungen längs aller drei Achsen ergeben, ist bisher keine Software für die Nacherfassungs-Datenverarbeitungsmethode verfügbar, die die resultierenden Artefakte effektiv korri giert.

Zum Stande der Technik gibt es eine Reihe von Vorschlägen und Methoden, mit denen versucht worden ist, die Artefakte zu minimieren, die dadurch entstehen, daß der Patient während des NMR-Bilddarstellungs-Abtastvorganges atmet. Beispiels weise sind Nacherfassungs-Datenverarbeitungsverfahren angewendet worden, um die Artefakte zu reduzieren. Derartige Versuche haben jedoch zusätzlich zu dem vorerwähnten Nachteil der dreidimensionalen Bewegung den Nachteil, daß entscheidend mehr Zeit für den Patienten notwendig ist. Diese Zeit ist für die Nacherfassungs-Verarbeitung der Daten notwendig. Da der Durchsatz ein entscheidender Wert für jedes NMR-System ist, suchen die Wissenschaftler ständig nach Mitteln und Wegen, um entweder derartige zeitintensive bekannte Verfahren zu beschleunigen oder rascher arbeitende Alternativen zu finden.

Beispielsweise wird auf die Veröffentlichung "Respiratorily Ordered Phase Encoding (ROPE): A Method for Reducing Motion Artifacts in MR-Imaging" von D. R. Bailes et al, Seiten 835-838, Journal of Computer Assisted Tomography, Band 9 (4), June/August 1985, sowie auf die US-Patente 45 64 017 und 45 67 893 hingewiesen.

Bisher haben die Fachleute versucht, die Bewegungsartefakte, die durch die Atmungsvorgänge verursacht worden sind, durch verschiedene Atmungsausblendvorgänge zu minimieren. Ein entscheidender Nachteil bei der Anwendung von Ausblendvorgän gen besteht u. a. darin, daß die Atmungsausblendung zusätzli che komplizierte und teuere Geräte erforderlich macht, um Ausblendsignale zu erzeugen, und daß ein solcher Vorgang auch wesentlich längere Zeitperioden für die Datenerfassungen erforderlich macht, was einen geringeren Durchsatz bedeutet.

Das Ausblenden besteht darin, daß mit der Impulsfolge gewartet wird, bis die ausgewählte Brustposition auftritt. Dies bedeutet, daß keine exakte Wiederholzeit TR gegeben ist, sondern die Wiederholzeit durch das Atmen gesteuert wird. Das Ausblenden beschränkt somit den Benutzer, da die Wiederhol zeit ein wichtiger Faktor ist, der die Bildqualität beein flußt. Die Steuerung wird üblicherweise dem Benutzer als ein Mittel zur Auswahl der Kontrastart überlassen. Beim Ausblen den beträgt die Wiederholzeit einige Sekunden anstatt der üblichen Wiederholzeit von weniger als einer Sekunde, wodurch die ausgeblendete Untersuchung wesentlich länger dauert als eine nicht ausgeblendete.

In jüngerer Zeit sind Verfahren durchgeführt worden, die es dem Benutzer ermöglichen, die Wiederholzeit zu fixieren, die aber die Amplitude des Codierimpulses mit der Position der Brust koppeln, anstatt daß die Amplitude bei jeder Impuls wiederholung linear vergrößert wird, wie dies üblich ist. Eine gängige Methode macht die Codieramplitude zu einer monotonen Funktion der Position der Brust. Dadurch wurden nach der Neuordnung der Impulse entsprechend der Codier- Impuls-Amplitude die meisten der Effekte der Atmungsfrequenz eliminiert.

Ein weiterer Vorschlag besteht darin, die Wiederholparität (gleichgültig, ob eine ungeradzahlige oder geradzahlige) zum Auswählen der Codieramplitude zu verwenden. Das Paritäts schema erzeugt Schatten (Artefakte), die um eine halbe Bilddarstellung versetzt auftreten.

Führt man die Codier-Impuls-Amplitude als einfache (z. B. lineare) Funktion der Position der Brust aus, ergeben sich neue Probleme. Einige Positionen sind wahrscheinlicher als andere und wiederholen sich vielleicht, bevor die weniger wahrscheinlichen Positionen das erste Mal auftreten. Dadurch wird Zeit vergeudet, gleichgültig, was mit den redundanten Daten passiert, die aufgrund der Wiederholungen erhalten werden. Diese redundanten Daten können gelöscht werden, sie können mit den vorausgehenden Daten der gleichen Amplitude gemittelt werden, usw.

Da die Wiederholdauer und die Atmungsfrequenz nicht synchro nisiert sind, treten manche Atemzykluspositionen ein zweites oder ein drittes Mal auf (im Anschluß als "Doppelsampling" bezeichnet), bevor andere einmal aufgetreten sind. Dies ist der Fall, weil die Atemzyklusposition relativ zum Auftreten der Codierimpulse willkürlich ist, und ferner auch, weil während des Atemzyklus Abschnitte mit verhältnismäßig langsa mer Bewegung und andere mit verhältnismäßig schneller Bewegung vorhanden sind. Die Positionsachsenwerte, die während der Teile des Zyklus abgefühlt werden, wenn die Bewegung langsam verläuft, werden mit höherer Wahrscheinlich keit in einer willkürlichen Sampling-(Stichproben-)Anordnung zur Anzeige gebracht als die Positionsachsenwerte, bei denen die Bewegung schnell verläuft, teilweise deshalb, weil der langsamere Bewegungsteil des Atemzyklus sich über eine längere Zeitdauer erstreckt.

Verwendet man das Integral der zeitlichen Wahrscheinlich keitsfunktion der Brustposition als die Abbildungsfunktion von der Positions- zur Codier-Impuls-Amplitude, wird eine flache, nahezu konstante Wahrscheinlichkeitsfunktion für die Codieramplituden erzeugt (dieses Verfahren ist als "Histo gramm-Ausgleich" - "histogram equalization" - bekannt). Wenn die Brustposition eine Funktion des Atmungsvorganges und von der Wiederholdauer unabhängig ist, ist die Position willkür lich relativ zu der Impulsfolgezahl. Die statistische Art der Stichprobe bewirkt deshalb, daß sich immer noch einige Positionen wiederholen, bevor andere einmal auftreten. Somit ist auch diese Lösung nicht ausreichend wirksam.

Bei einer bekannten Methode, die verwendet wird, um den Vorgang der Aktivierung aller erforderlichen Codierimpulse zu beschleunigen, werden die Codier-Impuls-Amplituden pro Impulswiederholung dadurch ausgewählt, daß "Fächer" (bins) anstelle der Änderung der Amplitude eines jeden sich ergeben den Codierimpulses als eine direkte Funktion der Brust- oder Atemzyklusposition verwendet werden. Jedes Fach wird durch einen Bereich von Atemzykluspositionen definiert. Ein Bereich von Codier-Impuls-Amplituden ist jedem Fach zugeordnet. Jede empfangene Atemzyklusposition bestimmt dann ein Fach, und die nächste Codier-Impuls-Amplitude wird aus dem bestimmten Fach ausgewählt.

Es gibt bestimmte Verfahren zur Auswahl der Codier-Impuls- Amplitude, sobald das Fach ausgewählt ist. Beispielsweise kann die zentrale Amplitude, die dem Fach zugeordnet worden ist, die erste Amplitude sein, die ausgewählt wird, wenn die Atemzyklusposition zuerst ein bestimmtes Fach anzeigt. Bei der zweiten Anzeige des jeweiligen Faches wird die erste Amplitude, die größer ist als die zentrale Amplitude, ausgewählt. Die dritte Anzeige des jeweiligen Faches wählt die Codier-Impuls-Amplitude aus, die unmittelbar kleiner als die zentrale Amplitude ist. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis alle Codier-Impuls-Amplituden, die dem jeweiligen Fach zugeordnet sind, verwendet sind.

Die einfachen Fächermethoden (bin methods) können auch die Datenerfassungsdauer vergrößern. Es wird z. B. die Fächer methode geprüft, bei der jedes Fach nur eine Codieramplitude besitzt. Wenn eine Atemzyklusposition geprüft wird, die bereits verwendet worden ist, ist die unmittelbare Reaktion die, daß sie übersprungen wird. Einige Folgen von Daten können vielleicht ohne entscheidenden Verlust übersprungen werden. Wenn jedoch immer mehr Codieramplituden benutzt werden, wird es zunehmend wahrscheinlicher, daß die nächste geprüfte Position des Atemzyklus eine Doppelsampling sein wird. Die Wahrscheinlichkeit des Sampling einer vorher nicht geprüften Atemposition nimmt mit der Zeitdauer ab, einer seits, weil weniger ungeprüfte Positionen zurückbleiben, und andererseits, weil die wahrscheinlicheren Positionen übli cherweise früher geprüft worden sind. Die letzten wenigen Codieramplituden können deshalb eine große Anzahl von unterdrückten Samplings erforderlich machen und es kann eine sehr lange Grenzzeitdauer zur ihrer Durchführung erforder lich werden. Größere Behälter mildern dieses Problem, können es jedoch nicht eliminieren.

Die Verwendung unterschiedlicher, komplizierterer Fächerver fahren kann die Erfassungsdauer verringern, löst jedoch nur teilweise das Problem der Artefakte. Insbesondere ist das Sampling der Atemzyklusposition relativ zur Impulsdauer willkürlich. Deshalb wird einer der Behälter zuerst aufge braucht. Der übliche Fall ist der, daß dieser Behälter eine höhere Wahrscheinlichkeit der Benutzung hat und deshalb wieder benötigt wird. Somit wird eine Atemzyklusposition, die mit diesem Fach verbunden ist, erneut geprüft, bevor die Abtastperiode vorbei ist, und zwar mit dem sich ergebenden Zeitverbrauch.

Ein weiterer Nachteil der Fächertechnik besteht darin, daß eine stufenförmige Korrektur auftritt, die eine Serie von Stufenblocks aufbaut. Diese Blocks enthalten "verborgene" zyklische Komponenten, die zu Restschatten führen. Ein weiteres relevantes Problem ist die Tatsache, daß die gleiche Atemzyklusposition zweimal (Einatmen und Ausatmen) während jedes Atemzyklus festgestellt wird, mit Ausnahme von extremen Bedingungen. Wenn mehr als eine Scheibe erforderlich ist, werden die anderen Scheiben in zwei Phasen geteilt, die sich durch die Scheibenzeitdifferenz (STD)×(n-1) unterscheiden, wobei n die Anzahl der Scheiben ist. Die zweite Scheibe wird in der Phase durch eine einzelne Scheibenzeitdifferenz STD gespalten. Die achte Scheibe wird durch sieben STDen gespal ten. Da die STD in der Größenordnung von 100 Millisekunden beträgt, ergibt diese Phasenspaltung eine ins Gewicht fallende Fremdfrequenz, deren Amplitude sich der der Atmungs bewegung sogar für die dritte Scheibe nähert. Diese Fremd frequenz verursacht natürlich ein Verwischen.

Ein anderes Problem der Lösung nach der Fächermethode besteht darin, daß sie einen konstanten, unveränderten Atemzyklus annimmt. In der Praxis tendieren Atemzyklen dazu, daß sie sich in bezug auf Amplitude, Zeitdauer und Form ändern. Beispielsweise kann sich die Amplitude verringern, wodurch das Sampling bestimmter Positionen eliminiert und die Möglichkeit erhöht wird, daß entsprechende Fächer entweder gar nicht oder nur teilweise benutzt werden. Versuchte Lösungen dieser Probleme, die durch sich ändernde Atemzyklen auftreten, schließen die Begrenzung der Transformationsfunk tion auf einen Bereich, der kleiner ist als der, der durch die Atemamplitude angezeigt wird, und/oder die Verwendung von Fächern gleicher Wahrscheinlichkeit anstelle von Fächern gleicher Intervalle mit ein.

Begrenzt man die Transformationsfunktion auf einen Bereich, der kleiner ist als der Atemzyklus, wird ein Teil des Atemzyklus nicht benutzt. Verwendet man Fächer gleicher Wahrscheinlichkeit, ist dies ebenfalls nachteilig, weil die Wahrscheinlichkeiten der Atemzyklusposition sich ebenfalls mit Änderungen im Atemzyklus ändern, und die Fächergrenzen sind dann nicht mehr optimal.

Die derzeit zur Verfügung stehenden "Fächer"-Methoden zum Synchronisieren der Atemposition und zum Codieren der Impulsamplitude erhöhen auch das Geräusch unabhängig von der Methode, die zur Auswahl von Impulsamplituden innerhalb der Fächer verwendet wird. Die Willkür der Atemposition relativ zur Zeit führt Geräusch in die Atempositionsachse und in die Codieramplitudenachse der Transformationsfunktion ein. Wo die Prüflinge oder die Codier-Amplituden, die durch die Samplings erzielt werden, mit gleichförmiger Wahrscheinlichkeit über das entsprechende Intervall ausgebreitet werden, wird das RMS-Geräusch plus oder minus der Quadratwurzel von ¹/₁₂ des Fachintervalls oder der Größe der Amplitudenbereiche, die dem Fach zugeordnet sind. Das Geräusch reduziert das Signal- Geräusch-Verhältnis, verschmiert das Bild und hat verborgene Frequenzen, die als Schatten erscheinen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich tung zu schaffen, um die Atemartefakte, die während der NMR-Bilddarstellung von Patienten auftreten, zu beheben oder zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zur Verringerung von Bewegungsartefakten in NMR-Bilddarstel lungen gelöst, bei dem angezeigte Atemzyklusparameter verwendet werden, um die nächste Codier-Zyklus-Amplitude zu bestimmen, die bei den Bilddatenerfassungs-Abtastungen verwendet wird, indem

a) die Amplituden- und Zeitparameter des Atemzyklus eines abzutastenden Körpers bestimmt werden,
b) die Atemzyklusamplitude in N Exklusivintervalle unterteilt wird,
c) eine aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Codier- Zyklus-Amplituden ausgewählt wird,
d) Codierimpulse benutzt werden, deren Amplituden, die durch die erste Nachschlagetabelle ausgewählt werden, auf geprüfte Atemzyklusamplituden ansprechen,
e) die Nachschlagetabelle geändert wird, nachdem eine Anzahl N von Codierimpulsen erzeugt worden sind, wobei
f) eine neue Anzahl (N-M) von Intervallen und nur die nicht benutzten N-M Codier-Zyklus-Amplituden in der geänderten Nachschlagetabelle verwendet werden, um weitere Codier- Zyklus-Amplituden zu erzielen, und
g) Schritt e) wiederholt wird, bis Daten für jede Wellenzahl vorliegen, wodurch ein Bild mit minimierten Bewegungsarte fakten rekonstruiert werden kann.

Des weiteren wird mit vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß die Atemzyklusparameter kontinuierlich bestimmt werden oder erneut geprüft werden, und daß zur Zeit der Änderung der Nachschlagetabelle neue, auf den neuesten Stand gebrachte Daten, die aufgrund des erneuten Prüfens des Atemzyklus erhalten werden, für die neue Nachschlagetabelle benutzt werden.

Bei der Durchführung des Schrittes e) wird eine variable Zahl M verwendet, wenn der Schritt nach Merkmal g) wiederholt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Verwendung der Richtung der Brustbewegung als zusätzlicher Parameter (z. B. als Markierung, die der Position zugeordnet ist), um die Nachschlagetabelle zu erstellen.

Des weiteren wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Nachschlagetabelle durch einen Schaltkreis zu ersetzen, der die Codieramplitude für jedes Sampling der Brustposition berechnet.

Auch wird vorgeschlagen, die Nachschlagetabelle durch ein Computer-Maschinenprogramm (oder ein Teilprogramm) zu ersetzen, das die Codieramplitude auf einem Einzweck- oder einem Mehrzweck-Prozessor berechnet.

Ferner wird mit der Erfindung die Verwendung einer entspre chenden Beziehung zwischen Codieramplitude und Brustposition auf der Basis einer angenäherten Wahrscheinlichkeit vorge schlagen, die ihrerseits auf einer angenäherten Zyklusform basiert.

Schließlich wird ein Merkmal der Erfindung darin gesehen, daß die Größe der Änderung von der ursprünglichen Nachschla getabelle oder Funktion begrenzt wird, und daß einige Fälle von "Verschwendung" zugelassen werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich nung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Blockschaltbild eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 Beispiele verschiedener Nachschlagetabellenfolgen, wie sie für eine Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig sind,

Fig. 3 Nachschlagetabellen einer anderen Ausführungsform, und

Fig. 4 Nachschlagetabellen einer weiteren Ausführungsform.

Eine Einrichtung 11 zur Erzeugung von NMR-Bilddarstellungs- Daten (Fig. 1) weist eine Anordnung 12 zum Minimieren oder Reduzieren von Bewegungsartefakten auf. Die Einrichtung 11 besitzt einen großen Magneten 13 zur Erzeugung eines hohen statischen Magnetfeldes, in das ein Patient 14 gebracht wird. Um die Bilddaten zu erhalten, wird ein großes statisches Magnetfeld durch den Magnetgenerator 16 erzeugt, der mit Bo bezeichnet ist. Das hohe statische Magnetfeld bewirkt, daß bestimmte Kerne oder "Spine" sich mit dem Feld ausrichten. Orthogonale Gradienten werden verwendet, um die Quelle von freien Induktionsabfall-(FID-)Datensignalen, die vom Patien ten empfangen werden, zu lokalisieren. Die Gradienten werden durch den X-Gradientengenerator 17, den Z-Gradientengenerator 18 und den Y-Gradientengenerator 19 erzeugt. Das hohe statische Magnetfeld verläuft in der Z-Richtung.

Wie bekannt, ist es zur Erzielung der FID-Signale erforder lich, die Spine aus der normalen Position der Ausrichtung mit dem hohen statischen Magnetfeld in der Z-Richtung in eine Position zu "kippen", die mindestens eine Projektion in der XY-Ebene hat. HF-Impulse mit einer gewünschten Frequenz (als Larmor-Frequenz bekannt) werden zum Kippen der Spine verwen det. Die HF-Impulse werden über die HF-Sonden oder -Spulen (nicht dargestellt), die in der Einrichtung verwendet werden, übertragen. Ein HF-Generator 21 erzeugt den HF-Impuls, der durch einen Modulator 22 moduliert werden kann und der durch den Schalter 23 auf den Übertrager 24 geschaltet wird, um eine Verbindung mit einer (nicht dargestellten) HF-Übertra gungsspule herzustellen.

Im Normalbetrieb wird der Z-Gradient als der Ebenen-Auswähl gradient verwendet, d. h., daß der HF-Impuls während des Aufgebens des Z-Gradienten eingegeben wird. Die Signale, die empfangen werden, nachdem der HF-Impuls beendet worden ist, werden entweder durch die gleichen Spulen, die zur Übertra gung verwendet werden, oder durch getrennte Empfangsspulen angezeigt. In jedem Fall ist die Spule mit einem Empfänger 26 verbunden. Das empfangene Signal wird über den Schalter 23 an einen Demodulator 27 gelegt. Modulator und Demodulator empfangen ihre Modulationsfrequenz von dem Modulationsfre quenzgenerator 25. Das demodulierte, empfangene Signal wird dann im Analog/Digital-Wandler 28 von analogen in digitale Signale umgewandelt. Die digitalen Signale werden dann beaufschlagt und von der Frequenzdomäne auf die Zeitdomäne durch den Fourier-Operator 29 übertragen. Die Zeitdomäne- Digitalsignale werden anschließend im Bildprozessor 31 verarbeitet und ergeben eine Bilddarstellung für die Sicht anzeige-Einheit 32.

Der X-Gradient wird als ein Bildgradient verwendet, d. h. daß er bei einer bevorzugten Ausführungsform während des Empfangs der Signale aufgegeben wird, die in Abhängigkeit von einem eine Abtastfolge ergebenden Echosignal erhalten werden.

Der Bildprozessor verarbeitet die empfangenen Signale so, daß ein Bildelementwert für jedes Bildelement in der Bilddarstel lung erzeugt wird. Zum Beispiel besteht in üblicher Weise die Bilddarstellung aus 256×256 Bildelementen, die in X-Spalten und Y-Reihen angeordnet sind. Die Bildelementwerte werden nach einer Fourier-Transformation der empfangenen Daten erhalten. Die Daten bestehen aus auf eine Wellenzahl bezoge nen Amplituden, wobei die betreffenden X-Wellenzahlen als eine Funktion der Zeit über den X-Gradienten und die Y-Wel lenzahlen durch Integrieren der Y-Gradienten über die Zeit erzeugt werden. Die Y-Gradienten sind proportional den "Codierimpuls"-Amplituden.

Die Werte der benutzten Codier-Impuls-Amplitude werden so ausgewählt, daß sie Bewegungsartefakte minimieren, die beispielsweise durch den Atemvorgang des Patienten verursacht werden. Die Bewegungsartefakte sind in der Y-Codierrichtung besonders problematisch, weil eine größere Zeitperiode zwischen der Änderung der vertikalen (Y) Wellenzahlen, d. h. der Codieramplituden, im Vergleich zur Änderung der horizon talen (X) Wellenzahlen besteht. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Y-(Codier)-Wellenzahlen weniger häufig geändert werden als die X-(Betrachtungs)-Wellenzahlen, die üblicher weise für jedes empfangene Echosignal geändert werden. Der Y-Codiergradient und infolgedessen die Y-Wellenzahl ändern sich einmal pro Wiederholung der Abtastung.

Die Messung der Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit und verursacht durch das Atmen des Patienten erfolgt durch eine einen Sensor 41 enthaltende Vorrichtung. Nach einer "Lern periode" wird die Verschiebungscharakteristik in ein Posi tions-Histogramm übertragen, das dann in Intervalle unter teilt wird. Dem Intervall werden Phasencodier-Impuls-Amplitu den zugeordnet, und zwar eine Codieramplitude für jedes Intervall. Die Intervallgrößen können so ausgewählt werden, daß auf der Basis der Lernperiode jede Codieramplitude die gleiche Wahrscheinlichkeit hat, daß sie als eine beliebige andere Amplitude verwendet wird.

Die Sensorvorrichtung 41, die Teil der Anordnung zur Verrin gerung der Bewegungsartefakte ist, wird zur Bestimmung der Position des Brustkastens des Patienten während des Atem zyklus verwendet. Eine Einheit 42, die in der Anordnung 12 vorhanden ist, ordnet die Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit zu.

Der Ausgang der Sensorvorrichtung 41 wird durch eine Ver schiebungsschaltung 42 in eine Zahl umgewandelt, die angibt, wo im Atemverschiebungszyklus die Teile des Patienten bei einer bestimmten Meßzeit sind. Die Atembewegung der Teile des Körpers des Patienten bewirkt die Artefakte.

Ein Schalter 112 bei einer Ausführungsform nach Fig. 1 schaltet zwischen dem "Lernbetrieb" 113, der vor der NMR- Studie benutzt wird, und dem "Prüfbetrieb" 114, der während der Untersuchung angewendet wird. Im Lernbetrieb werden die Verschiebungsdaten mit gleichen Intervallen geprüft, die Resultate werden gesammelt und es wird ein Positions-Histo gramm in der Positions-Histogramm-Einheit 115 erzeugt. Das Positions-Histogramm wird in den LUT-Generator 116 einge führt, um eine entsprechende LUT auszubilden, die Positionen des Brustkastens in Codier-Impuls-Amplituden umsetzt. Die LUT wird in die laufende LUT-Einheit 120 eingeführt. Die erste LUT versucht, einer linearen Abbildungsfunktion zu folgen (d. h. einer Transformation von der Brustposition in Codier- Impuls-Amplituden in der Weise, daß eine neu geordnete Darstellung der Impulsamplituden durch Zunahme der Größe sich als linear erweist und keine "verborgenen" Frequenzen enthält). Andere erste LUTen können ebenfalls verwendet werden, es wird jedoch eine LUT bevorzugt, die einer linearen Abbildungsfunktion folgt.

Während der eigentlichen Untersuchung wird die Einrichtung in den Prüfbetrieb 114 geschaltet, die geprüfte Atmungsposition wird in den Intervallwähler 117 eingegeben, wo das Intervall einschließlich der geprüften Position gefunden wird. Dieses Intervall wird durch die laufende LUT-Einheit 120 in eine Codier-Impuls-Amplitude transformiert. Dies geschieht über den Codier-Impuls-Wähler 48, der bewirkt, daß ein Codier- Impuls-Generator 47 einen Codierimpuls entsprechender Größe für die nächste Folge erzeugt. Gleichzeitig wird der Codier impuls in die benutzte Codier-Impuls-Bestandseinheit 51 eingeführt, die nach dem Aufnehmen einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen den LUT-Generator 116 rücksetzt, damit eine neue LUT erzeugt wird. Die neue LUT berücksichtigt die neue Zahl von verfügbaren Impulsen und ihre Größen. Die neue LUT wird in die laufende LUT-Einheit 120 zur Bereitstellung für die nächste geprüfte Atemposition eingeführt. Dies wird solange fortgesetzt, bis keine unbenutzten Codier-Impuls-Amplituden verblieben sind.

Unterschiedliche Ausführungsformen dieser Einrichtung haben geringfügig unterschiedliche Eigenschaften. Bei einer Version wird das Positions-Histogramm laufend unter Verwendung der letzten geprüften N-Positionen fortgeschaltet. Das fortge schaltete Histogramm wird in den LUT-Generator 120 so eingeführt, daß sie jedesmal dann, wenn eine LUT erzeugt wird, auf einem fortgeschalteten Histogramm aufbaut.

Bei einer anderen Version der Einrichtung wird der neue LUT-Generator so instruiert, daß er eine Codier-Impuls- Amplitude nicht mehr als um einen vorbestimmten Abstand p aus der ursprünglichen Position bewegt, wie sie durch die erste LUT einer Studie bestimmt ist. Diese Beschränkung kann bewirken, daß einige Positionsintervalle in der LUT nicht enthalten sind. Wenn eine weitere geprüfte Position in einem dieser nicht eingeschlossenen Intervalle gefunden wird, ist die Probe "verschwendet" (sie kann entweder ausgeschieden werden oder kann die gleiche Codier-Impuls-Amplitude erzeugen wie früher, oder eine beliebige andere Lösung, sie ist jedoch "verschwendet", soweit es die Untersuchungsdauer betrifft).

Somit kann die Länge der Untersuchung relativ zu der minimal möglichen geringfügig vergrößert werden, der Bildfehler, der jedoch vorher aufgrund einer linearen Abbildungsfunktion auftritt, wird reduziert.

Eine andere Version der Einrichtung ersetzt die LUT durch eine Schaltung, die die Codier-Impuls-Amplitude für jede geprüfte Position berechnet.

Eine weitere Version der Einrichtung ersetzt die LUT durch ein Programm, das in einem digitalen Prozessor enthalten ist, der die Codieramplitude für die geprüfte Position berechnet.

Nach einer weiteren Version werden die Eingänge in alle zu verwendenden LUTen gespeichert, d. h. die Positionsintervalle für jede LUT, die während der Untersuchung verwendet wird. Dann erfolgt die Erstellung einer neuen LUT dadurch, daß Codier-Impuls-Amplituden den Positionsintervallen zugeordnet werden.

Eine weitere Version nutzt die Tatsache aus, daß der mittlere Fehler (und die Untersuchungslänge) bei dem vorliegenden Verfahren verhältnismäßig unempfindlich gegenüber der Genauigkeit des Histogramms ist (verglichen mit Fächer-Metho den, die sehr empfindlich dafür sind) und nimmt eine gegebe nes Histogramm (oder eine gegebene Atemzyklusform) an, ohne daß sie eigentlich in der Positions-Histogrammeinheit 115 gemessen wird.

Ein Merkmal dieser Version besteht darin, daß die Atemzyklus form oder das verwendete Histogramm eine analytische Form haben kann, die die Erstellung von neuen LUTen durch den LUT-Generator 116 ermöglicht, indem nur einige Parameter geändert werden, von denen einer die Anzahl von verbleibenden Impulsen ist.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Bewegung als sinusförmig angenommen:

P = A (1 - cos [w (t - t₀)]) (1)

wobei

P = die Brustposition und reicht von 0,2 bis 2A,
A = die Amplitude,
w = die Winkelgeschwindigkeit,
t = die verstrichene Zeitdauer,
t₀ = eine Zeitdauer, zu der die Brustposition exakt auf einem Minimum liegt (P = 0).

Gleiche Wahrscheinlichkeitsintervalle sind dann gegeben durch

δ t (j) δ t T/N (2)

wobei

T = die Atmungsperiode T = 2π/w, und
N = die Anzahl von Intervallen oder in diesem Fall die Anzahl von nichtbenutzten Codier-Impuls-Amplituden,
t (j) = das j.te Intervall, das gleich einem Intervall δ t ist.

Somit ist das Intervall, in welchem eine geprüfte Position angeordnet ist, gegeben durch

j = 1 + [N arc cos (1 - P/A)/ π] (3)

wobei

P = die geprüfte Position,
[] = die eckigen Klammern bezeichnen den ganzzahligen Teil des eingeschlossenen Wertes der Ausdrücke,
arc cos = der inverse Wert der Cosinus-Funktion, der von 0 bis π reicht,
j = die Ordnungszahl des Intervalls oder die Ordnungs zahl des zu verwendenden Codierimpulses.

Das Fortschreiben der LUT (oder Funktion) ist für diese Annahme äußerst einfach, es wird lediglich N (und A, wenn das Histogramm kontinuierlich fortgeschrieben werden soll) geändert. Dies ist für die Echtzeit-Fortschreibung nach jedem Impuls einfach genug.

Ein wichtiges Merkmal der Einrichtung nach der Erfindung ist, daß der LUT-Auswähler eine andere LUT auswählt, die größere Verschiebungsintervalle gespeichert mit vorher nicht benutz ten Amplituden ergibt. Die Verwendung größerer Intervalle ist beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, die eine erste LUT mit Fig. 2a zeigt, die durch die graphische Darstellung angegeben ist, welche Intervalle längs der Abszisse und Codier-Impuls-Stär ken oder Amplituden längs der Koordinate hat. Bei der graphischen Darstellung der ersten Nachschlagetabelle 2a ist die gesamte Atmungsverschiebung in 256 Intervalle unterteilt. Jedes der 256 Intervalle ist einer Codier-Impuls-Amplitude zugeordnet. Wenn ein Verschiebungsintervall in Abhängigkeit von der gemessenen Verschiebung ausgewählt wird, wird von der LUT ebenfalls ein bestimmter Codierimpuls ausgewählt.

Es sei angenommen, daß die Hälfte der Intervalle ausgewählt und benutzt worden ist; dann wird eine neue LUT mit nur 128 Intervallen ausgewählt, wie in Fig. 2b gezeigt. Hier sind wiederum die Atmungsintervalle auf der Abszisse und die Codier-Impuls-Amplituden auf der Ordinate gezeigt. Die Codier-Impuls-Amplituden sind unter Verwendung der LUT ausgewählt, bis beispielsweise die Hälfte der 128 Intervalle verwendet wird; dann wird eine weitere LUT ausgewählt, die 64 Intervalle besitzt, usw. Dieser Vorgang wird solange fortge setzt, bis in der vorletzten LUT nur zwei Intervalle vorhan den sind, wie in Fig. 2c gezeigt. Dann wird unabhängig davon, welche Verschiebung angezeigt wird, eines der beiden Inter valle ausgewählt, das seinerseits eine Codier-Impuls-Ampli tude auswählt. Das nächste Intervall ist die vollständige Atmungsverschiebung und die verbleibende Codier-Impuls-Ampli tude, die bisher nicht verwendet worden ist, wird unabhängig von der Atmungsverschiebung ausgewählt.

Fig. 3 zeigt eine andere Methode, durch die die Intervalle als eine inverse Funktion der Wahrscheinlichkeit des Auftre tens variiert werden. Die maximalen und minimalen Verschie bungen, die am Ende des Einatmens und am Ende des Ausatmens auftreten, werden den kürzesten Verschiebungsintervallen zugeordnet, da bei den maximalen und minimalen Verschiebungen die Bewegungen am langsamsten sind. Die langsame Bewegung ergibt, daß die Brust in diesen Positionen über längere Zeiträume verbleibt, wodurch die Wahrscheinlichkeiten des Prüfens bzw. Sampelns einer extremen Verschiebung größer als der Mittelwert sind. Dies kommt zum Ausdruck in der steileren Neigung der integrierten Wahrscheinlichkeitsfunktion in der Nähe der Extrempunkte, wie in Fig. 3 dargestellt. Verwendet man diese integrierte Funktion als die Abbildungsfunktion, ergibt dies, daß ungleiche Verschiebungsintervalle benötigt werden, um gleiche Codiergradienten-Amplituden-Impulsinter valle zu erzeugen. Um die gleichen Codierintervalle 1 und 3 zu erzielen, wird ein kurzes Verschiebungsintervall 2 in der Nähe der minimalen Verschiebung und ein längeres Verschie bungsintervall 4 im mittleren Abschnitt, in welchem die Bewegung schneller ist, benötigt. Diese bekannte Methode des Histogrammausgleiches ergibt gleiche Wahrscheinlichkeiten für die unterschiedlichen Intervalle, und trägt dazu bei, alle Codier-Impuls-Amplituden in einer verhältnismäßig kurzen Zeitperiode auszuwählen.

Die graphische Darstellung nach Fig. 4 zeigt einen speziellen Fall, bei dem die Richtung der Verschiebungsbewegung eben falls gemessen wird. Jeder Richtung ist ein Vorzeichen zugeordnet, z. B. plus für das Einatmen und minus für das Ausatmen. Dieses Vorzeichen wird auf die Verschiebung markiert, so daß der Bereich der Verschiebung von einem minimalen Maximum zu einem positiven Maximum geht. Diese Methode ermöglicht es, verschiedene Scheiben in einer Abtastung abzubilden, da nunmehr die Zwischenscheibenverzö gerung nur eine Phasenverzögerung ohne Phasenteilung ergibt. Da die Bewegungsrichtung in Betracht gezogen wird, bewirkt die Verzögerung stets eine ähnliche Änderung der Verschiebung zwischen den Bilddarstellungen der beiden Scheiben an ähnlichen Positionen im Atmungszyklus. Diese Methode ermög licht die Abbildung verschiedener Scheiben in einer Abtast ung, da nunmehr die Zwischenscheibenverzögerung eine Phasen verzögerung ohne Phasenteilung bewirkt.

Die Form der Kurve nach Fig. 4 kann während der "Lernperiode" dadurch abgeleitet werden, daß

1. die Einrichtung differenziert zwischen "positiven" und "negativen" Verschiebungen, und eine getrennte Kurve für jede solche Verschiebung bildet, oder
2. Die Verschiebung gemessen und um einen Null-Verschie bungspunkt reflektiert wird.

Somit werden die Intervalle entweder durch Änderung der LUTen auf einer periodischen Basis oder durch Änderung der Größe von Intervallen zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, daß jeder Codierimpuls einmal ausgewählt wird, bevor andere Codierimpulse mehrmals ausgewählt werden, geteilt. Diese Methode ermöglicht es, daß mehrere Scheiben in einer Abtast ung abgebildet werden, da nunmehr die Zwischenscheibenverzö gerung eine Phasenverzögerung ohne Phasenteilung bewirkt.

Im Betrieb werden die Bewegungsartefakte dadurch minimiert, daß gewährleistet wird, daß die Codier-Impuls-Amplituden durch die Position des Atemzyklus zu dem Zeitpunkt ausgewählt werden, zu dem der Codierimpuls benutzt wird. Dies ermöglicht die Minimierung von Fehlern und Bewegungsartefakten ohne Erhöhung der Datenerfassungsdauer.

Claims

1. Verfahren zum Reduzieren von durch den Atmungsvorgang verursachten Bewegungsartefakten in Kernmagnetresonanz (NMR-)Bilddarstellungen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Atemzyklus des abzutastenden Körpers bestimmt wird,
b) der Atemzyklus in eine Anzahl von Intervallen unterteilt wird,
c) Codier-Impuls-Charakteristiken jedem der Intervalle zugeordnet werden,
d) die zu verwendende Codier-Impuls-Charakteristik entsprechend dem durch die Atemzyklusposition des Körpers zum Zeitpunkt der Verwendung des Codierimpul ses angezeigte Intervall ausgewählt wird, und
e) die Anzahl von Intervallen geändert wird und nicht benutzte Codier-Impuls-Charakteristiken der geänderten Zahl von Intervallen zugeordnet wird, um die Wahr scheinlichkeit zu erhöhen, daß eine unbenutzte Codier-Impuls-Charakteristik für jedes ausgewählte Intervall vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Anzahl von Intervallen und die Zuordnung unbenutzter Codier-Impuls-Charakteristiken zu den geänderten Intervallen mehrere Male wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristiken Amplituden sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachschlagetabelle zur Auswahl der Codier-Impuls- Amplitude entsprechend dem angezeigten Intervall verwen det wird, und daß die Änderung der Anzahl von Intervallen und die Zuordnung unbenutzter Codier-Impuls-Amplituden zu der geänderten Anzahl von Intervallen die Änderung der Nachschlagetabelle umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Atemzyklus des abzutastenden Körpers während einer "Lernperiode" durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Atemzyklus des abzutastenden Körpers dadurch erzielt wird, daß ein Positions-Histogramm der Atemzyklusposition des Körpers über eine Anzahl von Atemzyklen konstruiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuordnen von Codier-Impuls-Charakteristiken zu jedem der Intervalle das Konstruieren einer ersten Nachschlage tabelle umfaßt, indem Codier-Impuls-Amplituden jedem der Intervalle zugeordnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachschlagetabelle verwendet wird, um die Codier- Impuls-Amplitude während einer Abtastperiode auszuwählen.

9. Verfahren zum Reduzieren von durch den Atmungsvorgang verursachten Bewegungsartefakten nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Auswählen der Codier-Impuls-Amplitude das Auswählen des Intervalles entsprechend der Atemzyklusposition umfaßt,
daß das ausgewählte Intervall in die erste Nachschlage tabelle eingeführt wird, die während des "Lernzyklus" erzeugt worden ist,
der Ausgang der Nachschlagetabelle zur Auswahl einer Codier-Impuls-Amplitude verwendet wird,
ein Codier-Impuls-Generator so beaufschlagt wird, daß ein Codier-Impuls-Gradient als Funktion der ausgewählten Codier-Impuls-Amplitude erzeugt wird,
die ausgewählte Codier-Impuls-Amplitude in einen benutz ten Codier-Impuls-Bestand eingeführt wird, und
ungenutzte Impulsamplituden in den Nachschlagetabellenge nerator eingeführt und benutzt werden, wenn eine neue Nachschlagetabelle verwendet wird, nachdem eine gegebene Anzahl von Codierimpulsen im Codier-Impuls-Bestand vorliegen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswählen der Codier-Zyklus-Charakteristiken mit Hilfe einer elektronischen Schaltung durchgeführt wird, deren Eingang die Atemzyklusposition enthält und deren Ausgang die ausgewählte Codier-Impuls-Amplitude ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswählen der Codier-Impuls-Charakteristiken die Verwendung eines Software-Programmes umfaßt, das von einem Digitalprozessor durchgeführt wird, und dessen Eingang die Atemzyklusposition und dessen Ausgang die ausgewählte Codier-Impuls-Amplitude enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuordnen von Codier-Impuls-Charakteristiken die Verwendung einer analytischen Bilddarstellfunktion zur Übertragung von Atemzyklusintervallen in Codier-Impuls- Amplituden umfaßt, wobei die analytische Funktion auf einer Annäherung an den Atmungszyklus basiert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Annäherung an den Atemzyklus eine sinusförmige Bewegung ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle Intervalle der Verschiebung des Brustka stens beim Atmen sind.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle Intervalle einer mit Vorzeichen behafteten Verschiebung des Brustkastens beim Atmen sind, wobei das Vorzeichen entsprechend der Bewegungsrichtung gewählt ist.

16. Einrichtung zum Reduzieren von durch den Atmungsvorgang verursachten Bewegungsartefakten in NMR-Bilddarstellun gen, gekennzeichnet durch

a) eine Abfühlvorrichtung zur Bestimmung des Atemzyklus des abzutastenden Körpers,
b) eine Vorrichtung zur Unterteilung des Atemzyklus in eine Anzahl von Intervallen,
c) eine Vorrichtung zum Zuordnen der Codier-Impuls- Charakteristiken zu jedem der Intervalle,
d) eine Vorrichtung zum Auswählen der Codier-Impuls- Charakteristik, die entsprechend dem Intervall verwendet wird, das durch die Atemzyklusposition des Körpers zum Zeitpunkt der Verwendung des Codierimpul ses angezeigt wird, und
e) eine Vorrichtung zur Änderung der Anzahl von Interval len und zum Zuordnen nicht benutzter Codier-Zyklus- Charakteristiken zu der geänderten Anzahl von Inter vallen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß eine unbenutzte Codier-Impuls-Charakteristik für jedes ausgewählte Intervall vorliegt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Änderung der Anzahl von Intervallen und zum Zuordnen unbenutzter Codier-Impuls-Charakteristi ken zu den geänderten Intervallen mehrere Male benutzt wird.

18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristiken Amplituden sind.

19. Einrichtung anch Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachschlagetabelle vorgesehen ist, die die Codier- Impuls-Amplitude entsprechend dem angezeigten Intervall auswählt, und daß die Vorrichtung zur Änderung der Anzahl von Intervallen und zum Zuordnen unbenutzter Codier- Impuls-Amplituden zu der geänderten Anzahl von Interval len eine Vorrichtung zur Änderung der Nachschlagetabelle aufweist.

20. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung des Atemzyklus des abzutastenden Körpers eine Positions-Histogrammvorrich tung aufweist, die die Atemzyklusposition des Körpers über eine Anzahl von Atemzyklen zeigt.

21. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Zuordnen von Codier-Impuls-Amplituden zu jedem der Intervalle eine erste Nachschlagetabelle aufweist, die die Atemzyklusintervalle mit Codier-Impuls- Amplituden verwendet, die jedem der Atemzyklusintervalle zugeordnet sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Verwendung der ersten Nachschlagetabelle zum Auswählen der Codier-Impuls-Amplitude während einer Abtastperiode.

23. Einrichtung zum Reduzieren von durch Atmen entstandenen Bewegungsartefakten nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung zum Auswählen der Codier- Impuls-Amplitude aufweist,

a) eine Vorrichtung zum Einstellen des Intervalles entsprechend dem durch die Atemzyklusposition des Körpers angezeigten Intervall,
b) eine Vorrichtung zum Eingeben des ausgewählten Intervalles in die erste Nachschlagetabelle, die während des "Lernzyklus" erzeugt worden ist,
c) eine Vorrichtung, die den Ausgang der Nachschlageta belle verwendet, um eine Codier-Impuls-Amplitude auszuwählen,
d) eine Vorrichtung zum Verbinden der ausgewählten Codier-Impuls-Amplitude in der Weise, daß ein Codier- Impuls-Generator erregt wird, der einen Codier-Impuls- Gradienten als Funktion der ausgewählten Codier- Impuls-Amplitude erzeugt,
e) eine Vorrichtung, die die ausgewählte Codier-Impuls- Amplitude in einen benutzten Codier-Impuls-Bestand einführt, und
f) eine Vorrichtung zum Eingeben von unbenutzten Codier- Impuls-Amplituden in eine Nachschlagetabelle zur Benutzung, wenn eine neue Nachschlagetabelle erzeugt wird, nachdem eine gegebene Anzahl von Codier-Impuls- Amplituden in dem Codier-Impuls-Bestand vorhanden sind.

24. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Auswählen der Codier-Impuls-Charak teristiken ein Software-Programm aufweist, das von einem Digitalprozessor durchgeführt wird, und dessen Eingang die Atemzyklusposition umfaßt und dessen Ausgang die ausgewählte Codier-Impuls-Amplitude ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Auswählen der Codier-Impuls-Charak teristiken die Atemzyklusposition aufweist und dessen Ausgang die ausgewählte Codier-Impuls-Amplitude ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Zuordnen von Codier-Impuls-Charakter istiken eine analytische Bilddarstellfunktion verwendet, die Atemzyklusintervalle in Codier-Impuls-Amplituden umformt, wobei die analytische Funktion auf einer Annäherung an dem Atemzyklus basiert.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Annäherung an den Atemzyklus eine sinusförmige Bewegung ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle Intervalle der während des Atmens auftre tenden Verschiebung des Brustkorbes sind.

29. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle Intervalle einer während des Atmens auftretenden, mit Vorzeichen behafteten Verschiebung des Brustkorbes sind, wobei das Vorzeichen der Bewegungsrich tung entsprechend gewählt ist.