DE4203036C2 - Verfahren zur Erzeugung eines seitenbandfreien NMR-Spektrums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Kern­ spinresonanz (NMR)-Spektrums aus einem Meßvolumen, welches einem hochgradig homogenen, stationären Magnetfeld B₀ ausge­ setzt ist, wobei in einem ersten Durchlauf ein Hochfrequenz (HF)-Impuls zur Anregung der interessierenden Kernspins in das Meßvolumen eingestrahlt, mindestens ein magnetisches Gradien­ tenfeld G, beispielsweise zur Selektion einer bestimmten Schicht aus dem Meßvolumen, geschaltet und nach Abschaltung des magnetischen Gradientenfeldes G ein die beobachtbaren Meß­ signale aus dem Meßvolumen enthaltender erster Datensatz auf­ genommen wird.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 32 09 263 A1 bekannt. Dort ist ein Verfahren zur Begrenzung der hochauflösenden NMR-Spektrometrie auf einen ausgewählten Bereich eines Körpers beschrieben, bei dem dieser Bereich da­ durch präpariert wird, daß nach Anlegen eines homogenen Mag­ netfeldes B₀ magnetische Gradientenfelder überlagert werden, deren Stärken sich jeweils in einer Raumrichtung linear ändern, und sodann die ausgewählten Kernspins selektiv mit Hilfe von entsprechenden HF-Anregungsimpulsen in einer bestimmten Schicht bzw. nur in einem bestimmten Volumenelement des Meßvo­ lumens angeregt werden. Dadurch kann ein schicht- oder volu­ menselektives Spektrum aus dem interessierenden Meßvolumen aufgenommen werden.

Durch das schnelle Schalten der magnetischen Gradientenfelder werden entsprechend schnelle magnetische Feldänderungen er­ zeugt, die einerseits zu Kraftwirkungen auf die Gradientenspu­ le aufgrund der auftretenden Lorentz-Kräfte und letzlich zu mechanischen Schwingungen der Gradientenspule sowie der das Meßvolumen umgebenden Bauteile der NMR-Apparatur führen, ande­ rerseits aber auch Wirbelströme in den umgebenden leitfähigen Strukturen erzeugen, die ihrerseits Beiträge zum magnetischen Feld im Meßvolumen liefern. Zwar weisen die durch die beim Schalten der Gradientenfelder auftretenden Magnetfeldänderun­ gen erzeugten Wirbelströme zunächst die gleiche Symmetrie wie die geschalteten Gradientenfelder auf, so daß sie bei voll­ ständig symmetrischer leitfähiger Umgebung aufgrund der tota­ len Anti-Symmetrie der Gradientenfelder bezüglich des Symme­ triezentrums des Meßvolumens keinen Beitrag zum stationären Magnetfeld B₀ liefern sollten. Da jedoch die leitfähigen Struk­ turen in der Regel Un-Symmetrien aufweisen, wird durch die von den Wirbelströmen erzeugten Magnetfelder letzten Endes auch das stationäre Magnetfeld B₀ beeinträchtigt.

Die durch die oben beschriebenen Kraftwirkungen aufgrund der Gradientenfeldschaltungen in Schwingung versetzten leitfähigen Strukturen, wie beispielsweise Kupferrohre, Strahlungsschilde, Abschirmungen und dergleichen, wirken in dem für NMR-Anwen­ dungen äußerst starken stationären Magnetfeld B₀ als Genera­ toren, die oszillierende Ströme und damit oszillierende Mag­ netfelder, insbesondere oszillierende Beiträge zum stationären Magnetfeld B₀ erzeugen. Dadurch wird der Momentanwert des stationären Magnetfeldes B₀ moduliert.

Im Ergebnis bewirken diese Störungen des homogenen stationären Magnetfeldes B₀ sogenannte Seitenbänder im aufgenommenen NMR- Spektrum bzw. Artefakte in einem daraus zusammengesetzten NMR- Bild, die auf Seitenbänder zurückzuführen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erzeugung eines NMR-Spektrums vorzustellen, bei dem die genannten Artefakte aufgrund von Seitenbändern möglichst ver­ schwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verfahren in einem zweiten Durchlauf mit einem magnetischen Gradientenfeld -G, das gegenüber dem magnetischen Gradienten­ feld G entgegengesetzte Polarität aufweist, wiederholt wird, während die übrigen experimentellen Parameter des ersten Durchlaufes beibehalten werden, wobei nach Abschaltung des magnetischen Gradientenfeldes -G ein zweiter Datensatz aufge­ nommen wird und mit dem ersten Datensatz unter Anwendung einer Additionsoperation mathematisch verknüpft wird.

Obgleich die Ursachen für den Erfolg dieser Methode noch nicht bis ins letzte Detail erforscht sind, ist davon auszugehen, daß im zweiten Meß-Durchlauf mit entgegengesetzt gepoltem magne­ tischen Gradientenfeld -G zumindest zeitweise ein Zustand erreicht wird, bei dem die Schwingungen des Grund-Magnetfelds B₀ ziemlich genau um 180° phasenverschoben zu den Oszillationen des Magnetfeldes B₀ im ersten Durchlauf sind. Wenn daher der erste und der zweite Datensatz addiert werden, so heben sich die Artefakte aufgrund der Oszillationen des Grund-Magnetfeldes B₀ gerade weg, während sich die "nützlichen" Meßsignale verdoppeln. Auf diese Weise kann mit sehr einfachen Maßnahmen ein seitenbandfreies NMR-Spektrum bzw. ein artefaktfreies NMR- Bild erzeugt werden.

Auf den Gebieten der NMR-Spektroskopie und der NMR-Bildgebung sind zwar schon lange Verfahren bekannt, bei denen scheinbar von Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens Gebrauch ge­ macht wird, jedoch geschieht dies in einem gänzlich anderen Zusammenhang, zu völlig anderen Zwecken und mit anderen Ergeb­ nissen, so daß die hier gestellte Erfindungsaufgabe damit bis­ lang nicht gelöst werden konnte. Aus dem Lehrbuch "NMR für Mediziner und Biologen" von K. H. Hausser und H. R. Kalbitzer, Springer Verlag, Berlin, 1989, S. 148 ff, sind beispielsweise Phasenkodiergradienten beschrieben, die abgestuft in n ver­ schiedenen Meß-Durchläufen mit linear äquidistant variierenden Amplituden geschaltet werden. Da die Phasenkodiergradienten bei diesem Verfahren nach dem Null-Durchgang der Amplitude die Polarität wechseln, gibt es n/2 Paare von Meß-Durchläufen, bei denen jeweils ein Phasenkodiergradient mit gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität, geschaltet wird. Die zu diesen "invertierten" Paaren von Phasenkodiergradienten aufgenommenen Paare von Meßsignalen werden jedoch nicht wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren addiert, sondern gesondert ausge­ wertet. Eine Addition der entsprechenden Signalpaare würde nämlich die Information aus der Phasenkodierung zunichte machen.

An der gleichen Fundstelle in oben genanntem Lehrbuch ist auch die Schaltung von Rephasierungsgradienten beschrieben, die sich jeweils an die Schaltung eines Schichtgradienten an­ schließen und in ihrer Polarität gegenüber dem Schichtgradienten invertiert sind. Auch diese Gradientenschaltung hat nichts mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu tun, da einerseits der Rephasierungsgradient dem entsprechenden Schichtgradienten nicht umgekehrt gleich ist, und andererseits nach der Schal­ tung der beiden Gradienten keine getrennten Signalaufnahmen erfolgen, sondern lediglich zu beiden Gradienten ein gemein­ sames Signal aufgenommen wird, so daß auch die erfindungsgemäße Addition eines zweiten Datensatzes zu einem ersten Datensatz entfällt.

Neben den beiden genannten Verfahren existieren im Stand der Technik auch noch weitere Verfahren, bei denen magnetische Gradientenfelder sukzessive mit invertierter Polarität ge­ schaltet werden, wie z. B. das aus der DE 34 34 161 A1 bekannte Verfahren, jedoch ist bisher kein einziges Verfahren bekannt, bei dem in zwei aufeinanderfolgenden Meß-Durchläufen unter Beibehaltung der übrigen experimentellen Parameter die Polarität eines im ersten Meß-Durchlauf geschalteten magnetischen Gradientenfeldes G beim zweiten Meß-Durchlauf gerade umgekehrt wird, damit nach Addition der beiden zugehörigen Meß-Signale die durch die Schaltung der Gradienten hervorgerufenen Seiten­ bänder im zugehörigen Spektrum bzw. Artefakte im NMR-Bild be­ seitigt werden.

So ist beispielsweise auch in der DE 29 21 252 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem im Anschluß an einen Anregungsimpuls unter Einwirkung eines Gradienten G_R Daten von NMR-Signalen gesammelt werden, und danach ein Gradient -G_R mit entgegen­ gesetzter Polarität geschaltet wird. Weiter wird in der Druckschrift erwähnt, daß während des Anliegens des Gradienten -G_R "weitere Signale angezeigt werden", und daß mit Hilfe dieser Signale das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden könne. Wie dieses zu geschehen hat, ist jedoch nicht offenbart. Ins­ besondere ist bei dem bekannten Verfahren kein zweiter Meß­ durchlauf mit dem umgekehrt gepolten Gradienten -G_R unter Bei­ behaltung aller übrigen experimentellen Parameter des ersten Meßdurchlaufes vorgesehen. Vielmehr wird in der Druckschrift lediglich vorgeschlagen, die Gradienten- und HF-Impulse in zeitlich umgekehrter Reihenfolge und invertiert zu schalten, um die Spinmomente wieder in ihre Ausgangslage zurückzubringen.

Bei einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens erfolgt die Kombination des zweiten Datensatzes mit dem ersten durch direkte Addition. Nach einer bevorzugten Aus­ führungsform erfolgt die Verknüpfung der beiden Datensätze durch Addition der Fouriertransformierten der beiden Datensätze.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Störungen und Verzerrungen des Magnetfeldes B₀ zusätzlich dadurch kompensiert, daß entweder zwischen dem ersten 90°-HF-Impuls und dem folgenden 180°-HF-Impuls einer Spin-Echo-Impulsfolge die Größe des statischen Magnetfeldes B₀ geeignet verändert oder aber der Abstand zwischen dem ersten 90°-HF-Impuls und dem darauffolgenden 180°-HF-Impuls auf einen vom halben Abstand zwischen den folgenden 180°-HF-Impulsen der Spin-Echo- Impulsfolge abweichenden Wert eingestellt wird, so daß die zum Erzeugen von Spin-Echo-Impulsfolgen notwendigen Rephasierungs­ bedingungen hergestellt werden, wie in der DE 37 30 148 A1 ausführlich beschrieben.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden im ersten Durchlauf mehrere magnetische Gradientenfelder G₁, G₂, . . ., G_k, . . . ge­ schaltet, und im zweiten Durchlauf weist mindestens das letzte vor der Datenaufnahme geschaltete magnetische Gradientenfeld -G_k gegenüber dem entsprechenden magne­ tischen Gradientenfeld G_k des ersten Durchlaufes die entgegen­ gesetzte Polarität auf. Die oben beschriebenen Störungen auf­ grund der Gradientenschaltung nehmen nämlich zeitlich mit ex­ ponentieller Dämpfung ab, so daß insbesondere die letzte Gra­ dientenschaltung den größten Beitrag zu den Störungen des Grund-Magnetfelds B₀ während der Aufnahme des Meß-Signals liefert.

Noch besser wird die Störungskompensation bei einer Aus­ führungsform, bei der im zweiten Durchlauf sämtliche magneti­ sche Gradientenfelder -G_k die gegenüber dem entsprechenden mag­ netischen Gradientenfeld G_k des ersten Durchlaufs entgegenge­ setzte Polarität aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für spektroskopische Anwendungen liegt während der Aufnahme der Datensätze jeweils kein magnetisches Gradienten­ feld im Meßvolumen an.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform beginnt die Aufnahme der Datensätze jeweils kurz, vorzugsweise innerhalb von 10 ms, besondere vorteilhaft innerhalb von 1 ms nach Abschaltung des mindestens einen magnetischen Gradientenfeldes G bzw. -G eines Meß-Durchlaufs. Besonders bevorzugt ist dabei eine Aus­ führungsform, bei der die Aufnahme der Datensätze kurz nach Abschaltung des jeweils letzten magnetischen Gradientenfeldes eines Durchlaufs beginnt.

Ein Hauptanwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die schicht- bzw. volumenspezifische Spektroskopie, bei der erfindungsgemäß die Frequenz ω₁ des im ersten Durchlaufs einge­ strahlten HF-Impulses so gewählt wird, daß in Verbindung mit dem mindestens einen magnetischen Gradientenfeld G die selek­ tive Anregung von Kernspins einer bestimmten Schicht im Meß­ volumen bewirkt wird, und die Frequenz ω₂ des im zweiten Durch­ lauf eingestrahlten HF-Impulses so gewählt wird, daß die Fre­ quenzen ω₁ und ω₂ symmetrisch zur Resonanzfrequenz ω₀ der Kern­ spins im ungestörten homogenen Magnetfeld B₀ liegen.

Insbesondere bei der volumenspezifischen Spektroskopie werden bei einer Ausführungsform in jedem Durchlauf mindestens drei magnetische Gradientenfelder G_z, G_y, G_x bzw. -G_z, -G_y, -G_x ge­ schaltet, die in Verbindung mit entsprechend gewählten Fre­ quenzen der jeweiligen HF-Impulse zu einer selektiven Anregung der Kernspins in einem bestimmten Volumenelement des Meß­ volumens führen.

Mit besonderem Vorteil kann von dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren in den Fällen Gebrauch gemacht werden, bei denen ein relativ kleines "Nutzsignal" zusammen mit demgegenüber sehr großen Signalen von nicht-interessierenden Kernspins aufge­ nommen wird, so daß die Amplituden der Seitenbänder der nicht­ interessierenden Signale das kleine "Nutzsignal" überdecken würden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden daher die Kernspinresonanz-Signale von nicht-interessierenden Materialien, wie z. B. von Lösungsmittel, Einbettungsmaterial etc., unterdrückt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er­ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen­ den Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Er­ findung einzeln, für sich oder zu mehreren in beliebiger Kom­ bination Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1c eine schematische Darstellung eines Zeitdiagramms der bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens verwendeten Signale zur Aufnahme eines volumenselektiven NMR-Spektrums;

Fig. 2 den schematisierten zeitlichen Verlauf einer durch eine Gradientenschaltung hervorgerufenen oszillie­ renden Störung des homogenen Magnetfeldes B₀; und

Fig. 3 den schematisierten zeitlichen Verlauf einer Gradientenschaltung.

Zur Erzeugung von Kernspinresonanz (NMR)-Spektren oder -Bildern wird ein Meßvolumen einem hochgradig homogenen, sta­ tionären Magnetfeld B₀ ausgesetzt, dessen Feldlinien parallel zur Richtung einer Z-Achse verlaufen. Unter dem Einfluß des homogenen Magnetfeldes B₀ richten sich bei entsprechender Stärke des Magnetfelds die Kernspins der Probenmaterie inner­ halb des Meßvolumens in Richtung der Z-Achse aus.

Um die in Fig. 1c gezeigten Meßsignale 1′, 1′′ aufgrund des freien Induktionszerfalls (FID) zu erhalten, müssen die inter­ essierenden Kernspins mit Hilfe der in Fig. 1b dargestellten Hochfrequenz(HF)-Impulse 2′, 2′′ angeregt werden.

Der Anregung der eigentlichen Meßsignale 1′, 1′′ geht bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren zur volumenselektiven NMR- Spektroskopie eine Vorbereitungsphase voraus, in der durch geeignete Schaltung von Gradientenfeldern G bzw. -G sowie Ein­ strahlung von geeigneten HF-Signalen 3′, 3′′ die mögliche An­ regung von Kernspins im Meßvolumen auf ein bestimmtes Volumen­ element beschränkt wird.

Das Meßsignal 1′ in Fig. 1c wird nach dem in der linken Hälfte der Figur dargestellten ersten Durchlauf aufgenommen und in einem ersten Datensatz abgespeichert. Aufgrund der vor der Aufnahme des Meßsignales geschalteten Gradientenfelder G_z, G_y, G_x sind jedoch in der Umgebung des Meßvolumens Störungen er­ zeugt worden, die sich negativ auf die Qualität des aufgrund der Meßsignale erhaltenen NMR-Spektrums auswirken.

Durch die schnelle Schaltung von Gradientenfeldern und die damit verbundenen schnellen Magnetfeldänderungen werden einer­ seits Kraftwirkungen auf die das Meßvolumen umgebenden Bau­ teile der NMR-Apparatur ausgeübt, die zu mechanischen Schwingungen führen, welche sich in Form von Körperschall auf andere Teile der NMR-Apparatur fortpflanzen. Diese schwingen­ den, leitfähigen Strukturen, beispielsweise Kupferrohre, Ab­ schirmbleche oder Strahlungsschilde in den üblicherweise ver­ wendeten Kryostatensystemen oder auch leitfähige Komponenten eines HF-Resonators wirken im starken stationären Magnetfeld B₀ als Generatoren, die oszillierende Ströme und damit auch zeit­ lich veränderliche magnetische Felder erzeugen, welche oszil­ latorische Beiträge zum stationären Magnetfeld B₀ liefern.

Außerdem rufen die schnellen Magnetfeldänderungen aufgrund der Gradientenschaltung Wirbelströme in den das Meßvolumen um­ gebenden leitfähigen Strukturen hervor, die ihrerseits zeit­ lich veränderliche Magnetfelder erzeugen, welche insbesondere oszillierende Beiträge zum stationären Magnetfeld B₀ liefern.

Fig. 2 zeigt einen typischen Zeitverlauf solcher oszillieren­ den B₀-Störungen. In einer ersten Phase von ca. 100 µs wird eine starke Störungsamplitude beobachtet, wobei die Störung des B₀-Feldes innerhalb von ca. 100 µs exponentiell auf Null zurückgeht. Dieser starken, aber schnell abklingenden Störung ist eine weitere, zeitlich oszillierende, lang andauernde Stö­ rung überlagert, die erst in den anschließenden 10 ms auf Null heruntergedämpft wird, so daß dann wieder das ungestörte homo­ gene Magnetfeld B₀ vorliegt.

In Fig. 3 ist die typische Dynamik der Schaltung eines Gra­ dientenfeldes G dargestellt, wobei die Anstiegs- und Abstiegs­ flanken sich jeweils über ca. 100 µs erstrecken, während der volle Gradient über eine zeitliche Dauer von größenordnungs­ mäßig 10 ms anliegt. Ein Vergleich mit der in Fig. 2 gezeigten Dynamik der B₀-Störungen legt nahe, daß die großen Störungen der ersten, ca. 100 µs dauernden Phase durch die während der Schaltungsflanken des Gradientenfeldes G erzeugten Wirbel­ ströme hervorgerufen wird, während die überlagerten, ampli­ tudenmäßig geringeren, dafür aber etwa 10 ms anhaltenden oszillatorischen Störungen vermutlich den mechanischen Schwin­ gungen der das Meßvolumen umgebenden Bauteile aufgrund der Kraftwirkungen bei der Gradientenschaltung zuzuschreiben sind.

Im Endeffekt führen die Modulationen des B₀-Feldes zu Störungen im aufgenommenen NMR-Spektrum, insbesondere zu sogenannten Seitenbändern, die beiderseits von eigentlichen NMR-Meßsignalen weitere Signale vortäuschen. Diese Störungen wirken sich be­ sonders negativ in den Fällen aus, in denen das "Nutzsignal" gegen­ über Kernspinresonanz-Signalen von nicht-interessierenden Um­ gebungsmaterialien einer Meßprobe ohnehin schon relativ klein ist, wie das z. B. bei in Lösungsmitteln gelösten Substanzen der Fall ist, bei denen das Lösungsmittel-Signal schon aufgrund der wesentlich höheren Konzentration des Lösungsmittels gegenüber dem gelösten Mittel stark dominiert. Die Seitenbänder eines solchen Lösungsmittelsignals können dann unter Umständen das kleine "Nutzsignal" vollkommen "zudecken".

Um die störenden Artefakte aus dem Spektrum zu entfernen, wird der in Fig. 1 auf der rechten Seite dargestellte zweite Meß­ durchlauf vorgeschlagen, bei dem die geschalteten Gradienten­ felder gegenüber dem ersten Meßdurchlauf invers gepolt sind. Im gezeigten Beispiel sind dies die Gradientenfelder -G_z, -G_y, -G_x, wobei auch die entsprechenden schichtselektiven HF- Impulse 3′′ so gewählt werden müssen, daß mit den invertierten Gradientenfeldern dennoch das gleiche Volumenelement wie im ersten Durchlauf ausgewählt wird. Dies wird in der Regel durch die Frequenz ω des entsprechenden HF-Impulses 3′ bzw. 3′′ ge­ steuert.

Statt im zweiten Durchlauf sämtliche magnetischen Gradienten­ felder G zu invertieren, ist es auch möglich, lediglich das letzte Gradientenfeld, im Beispiel von Fig. 1 also G_x, im zwei­ ten Durchlauf mit entgegengesetzter Polarität zu schalten. Da die Hauptstörungen aufgrund der Schaltung der zeitlich vorher­ gehenden Gradientenfelder G_z, G_y bereits nach ca. 100 µs abge­ klungen sind, wie in Fig. 2 angedeutet, während die größen­ ordnungsmäßig 10 ms andauernden oszillatorischen Störungen des B₀-Feldes, die vermutlich von mechanischen Schwingungen der das Meßvolumen umgebenden Strukturen hervorgerufen werden, dem System im wesentlichen durch die Schaltung des zeitlich letz­ ten Gradienten aufgeprägt werden, ist eine Invertierung der dem letzten geschalteten Gradienten vorausgehenden Gradienten beim zweiten Durchlauf nicht unbedingt erforderlich.

Die Aufnahme der Datensätze bei NMR-spektroskopischen Ver­ fahren beginnt normalerweise etwa 1 bis 10 ms nach Schaltung des letzten magnetischen Gradientenfeldes G bzw. -G eines Durchlaufs, so daß die größenordnungsmäßig nur 100 µs an­ dauernde "starke" Störung des B₀-Feldes für die gemessenen Sig­ nale nicht mehr von Bedeutung ist, sondern nur noch der etwa 10 ms andauernde oszillierende Anteil. Durch eine Addition der im ersten Durchlauf und im zweiten Durchlauf erhaltenen Daten­ sätze, bei denen zumindest der oszillierende Störungsanteil aufgrund der invertierten Gradientenschaltung des B₀-Feldes genau gegenläufig moduliert ist, können die Artefakte aufgrund der B₀-Störungen gerade weggemittelt werden, so daß ein seiten­ bandfreies NMR-Spektrum erhalten wird.

In gleicher Weise können auch in anderen Bereichen der NMR- Meßtechnik Artefakte aufgrund von durch Gradientenschaltungen hervorgerufenen B₀-Feldstörungen vermieden oder zumindest stark vermindert werden, z. B. bei bildgebenden Verfahren, bei denen die Datenaufnahme kurze Zeit nach dem Schalten eines Gradien­ ten erfolgt.

Die im Patentanspruch 1 beschriebene Sequenz ist üblicher­ weise nur ein Baustein einer umfassenderen Meßsequenz. Sie kann in an sich bekannte Impulssequenzen zur volumenselektiven NMR-Spektroskopie oder zur NMR-Bildgebung integriert oder mit solchen Impulssequenzen kombiniert werden. Die Sequenz kann aber auch einfach n-mal wiederholt werden, um das Signal-zu- Rausch-Verhältnis zu verbessern, was insbesondere bei schwa­ chen NMR-Signalen erforderlich ist. Dann verlängert sie auch nicht die Gesamtmeßzeit.

Weiter kann die Kombination der Datensätze aus dem ersten und dem zweiten Meß-Durchlauf durch direkte Addition der Datensätze vor einer Fouriertransformation oder durch Addition der bereits fouriertransformierten Datensätze erfolgen.

Vorzugsweise wird das oben beschriebene Verfahren mit einer an sich bekannten Kompensation des stationären Magnetfeldes B₀ zur Herstellung der für Spin-Echo-Impulsfolgen notwendige Repha­ sierungsbedingungen kombiniert.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Kernspinresonanz(NMR)-Spektrums aus einem Meßvolumen, welches einem hochgradig homogenen, stationären Magnetfeld B₀ ausgesetzt ist, wobei in einem ersten Durchlauf ein Hochfrequenz(HF)-Impuls zur Anregung der interessierenden Kernspins in das Meßvolumen eingestrahlt, mindestens ein magnetisches Gradientenfeld G, beispielsweise zur Selektion einer bestimmten Schicht aus dem Meßvolumen, geschaltet und nach Abschaltung des magnetischen Gradientenfeldes G ein die beobachtbaren Meßsignale aus dem Meßvolumen enthaltender erster Datensatz aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einem zweiten Durchlauf mit einem magnetischen Gradientenfeld -G, das gegenüber dem magnetischen Gradientenfeld G entgegengesetzte Polarität aufweist, wiederholt wird, während die übrigen experimentellen Parameter des ersten Durchlaufs beibehalten werden, wobei nach Abschaltung des magnetischen Gradientenfeldes -G ein zweiter Datensatz aufgenommen und mit dem ersten Datensatz unter Anwendung einer Additionsoperation mathematisch verknüpft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung des zweiten Datensatzes mit dem ersten durch direkte Addition erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung des zweiten Datensatzes mit dem ersten durch Addition der fouriertransformierten Datensätze erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Störungen und Verzerrungen des Magnetfeldes B₀ zusätzlich dadurch kompensiert werden, daß entweder zwischen dem ersten 90°-HF-Impuls und dem folgenden 180°-HF-Impuls einer Spin-Echo-Impulsfolge die Größe des statischen Magnetfeldes B₀ geeignet verändert oder aber der Abstand zwischen dem ersten 90°-HF-Impuls und dem darauffolgenden 180°-HF-Impuls auf einen vom halben Abstand zwischen den folgenden 180°-HF-Impulsen der Spin-Echo-Impulsfolge abweichenden Wert eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Durchlauf mehrere magnetische Gradientenfelder G₁, G₂, . . ., G_k, . . . geschaltet werden und daß im zweiten Durchlauf mindestens das letzte geschaltete magnetische Gradientenfeld -G_k gegenüber dem entsprechenden magnetischen Gradientenfeld G_k des ersten Durchlaufs die entgegengesetzte Polarität aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Durchlauf sämtliche magnetischen Gradientenfelder -G_k die gegenüber dem entsprechenden magnetischen Gradientenfeld G_k des ersten Durchlaufs entgegengesetzte Polarität aufweisen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufnahme der Datensätze jeweils kein magnetischer Feldgradient im Meßvolumen anliegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme der Datensätze jeweils innerhalb von 10 ms nach Abschaltung des mindestens einen magnetischen Gradientenfeldes G bzw. -G eines Durchlaufs beginnt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme der Datensätze jeweils innerhalb von 1 ms nach Abschaltung des mindestens einen magnetischen Gradienten­ feldes G bzw. -G eines Durchlaufs beginnt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme der Datensätze jeweils innerhalb von 10 ms nach Abschaltung des jeweils letzten magnetischen Gradientenfeldes eines Durchlaufs vor der Datenaufnahme beginnt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahme der Datensätze jeweils innerhalb von 1 ms nach Abschaltung des jeweils letzten magnetischen Gradientenfeldes eines Durchlaufs vor der Datenaufnahme beginnt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz ω₁ des im ersten Durchlauf eingestrahlten HF-Impulses so gewählt wird, daß in Verbindung mit dem mindestens einen magnetischen Gradientenfeld G die selektive Anregung von Kernspins einer bestimmten Schicht im Meßvolumen bewirkt wird, und daß die Frequenz ω₂ des im zweiten Durchlauf eingestrahlten HF-Impulses so gewählt wird, daß die Frequenzen ω₁ und ω₂ symmetrisch zur Resonanzfrequenz ω₀ der Kernspins im ungestörten homogenen Magnetfeld B₀ liegen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Durchlauf mindestens drei magnetische Gradientenfelder G_x, G_y, G_z bzw. -G_x, -G_y, -G_z geschaltet werden, die in Verbindung mit entsprechend gewählten Frequenzen der jeweiligen HF-Impulse zu einer selektiven Anregung der Kernspins in einem bestimmten Volumenelement des Meßvolumens führen.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kernspinresonanz-Signale von nicht-interessierenden Materialien, wie z. B. von Lösungs­ mittel, Einbettungsmaterial etc., unterdrückt werden.