DE4432574C2

DE4432574C2 - Bildgebende Kernspinresonanz-Vorrichtung

Info

Publication number: DE4432574C2
Application number: DE19944432574
Authority: DE
Inventors: Kazuya Okamoto; Takuji Suzuki; Kiyomi Mori
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2014-09-14
Also published as: JPH0779948A; DE4432574A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine bildgebende Kernspinresonanz-Vorrichtung (MRI-Vorrichtung). Insbesondere betrifft die Erfindung eine Methode zur Verbesserung des Rauschabstands (SNR) bei einem Bild, das mit einer solchen Vorrichtung gewonnen wird.

Bildgebende, mit Magnetresonanz arbeitende Vorrichtungen finden immer mehr Verbreitung, insbesondere auf dem Gebiet der medizini schen Diagnose.

Bei einer bildgebenden Kernspinresonanz-Vorrichtung wird eine chemisch und physikalisch makroskopische Information bezüglich eines Materials unter Ausnutzung des Phänomens zur Abbildung gebracht, daß Energie eines hochfrequenten Magnetfeldes (HF-Magnetfeld), welches mit einer spezifischen Frequenz rotiert, über Resonanz absorbiert wird, wenn eine Gruppe von Atomkernen mit einem magnetischen Eigenmoment in einem gleichförmigen statischen Magnetfeld angeordnet ist. Bezüglich ¹H läßt sich ein klinisch auswertbares Bild für einen ruhenden oder sich nur langsam bewegenden Bereich erhalten.

Bei der Hochgeschwindigkeits-Abbildung eines sich schnell bewegenden Teils, beispiels weise eines Herzens (hier beträgt die Abbildungszeitdauer bis zu 50 ms) ist die Verbes serung des Rauschabstands (SNR) wichtig. Dies gilt auch für andere Kerne als ¹H (zum Beispiel ³¹P, ¹⁹F, ¹³C, ²³N_a und so weiter). Im Fall der Hochgeschwindigkeits-Abbildung macht sich beispielsweise eine Verschlechterung des Rauschabstands besonders dann bemerkbar, wenn bei der Echtzeit-Abtastung der Flipwinkel verringert wird, und wenn das Gradientenmagnetfeld verstärkt wird. Was die Abbildung von ³¹P angeht, so beträgt dessen Vorkommen in ³¹P enthaltenden Verbindungen in einem menschlichen Körper annähernd 10^-4 des Anteils von ¹H in Wasser, so daß sich bei einem derartigen Spurenelement ein schlechter Rauschabstand ergibt.

Als Mittel zur Verbesserung des, Rauschabstands ist in der JP 4-42,937 A offenbart, mehrere Oberflächenspulen für die Abbildung eines gewünschten Bereichs eines biologi schen Körpers vorzusehen. Bei diesem Beispiel werden die magnetischen Resonanzsignale aus dem biologischen Körper jeweils über die Oberflächenspulen erfaßt. Dann erfolgt ein bestimmter Bildverarbeitungsprozeß bezüglich der jeweils erfaßten magnetischen Resonanz signale, um Bilddaten mehrerer Serien zu generieren. Anschließend werden die der gleichen räumlichen Position entsprechenden Bilder aufsummiert, nachdem mit einer vorbestimmten Wichtungsfunktion multipliziert wurde, basierend auf der Verteilung des durch jede Oberflächenspule erzeugten HF-Magnetfeldes, so daß Daten für jedes Bild element entstehen. Durch Synthetisieren dieser Daten wird ein Bild mit hohem Rauschab stand für den gesamten interessierenden Bereich des biologischen Körpers erhalten.

Hinsichtlich der geeigneten Anzahl von Spulen, der Größe und der Konfiguration für einen gewünschten Abbildungsbereich finden sich allerdings keine Hinweise.

Außerdem wurde ein Verfahren vorgeschlagen, nach welchem sich die mehreren Ober flächenspulen in einer vorbestimmten Zone überlappten, so daß zwischen benachbarten Spulen die Kopplung zu Null wird. Allerdings ändert sich der Überlappungsbereich in Abhängigkeit von der Spulenform, und auch abhängig davon, ob die mehreren Spulen in einer flachen Ebene oder entlang einer gekrümmten Fläche angeordnet sind, so daß eine flexible Handhabung nicht möglich ist. Erfolgt außerdem die Bildgebung derart, daß der biologische Körper isotrop von der Oberflächenspule umgeben ist, so erhöht sich der Spulenradius entsprechend dem Überlappungsbereich zwischen benachbarten Spulen. Dadurch wird der Rauschabstand in der Nähe der Oberflächenspule verschlechtert.

Es sei der Fall angenommen, daß sechs Oberflächenspulen einen menschlichen Kopfab schnitt umgeben, wobei die Anzahl der Spulen konstant sein soll. In diesem Fall werden Spulen mit einer Breite von 12-13 cm benötigt, wenn beispielsweise ein Zylinder mit einem Radius von 25 cm gleichmäßig durch sechs geteilt wird. Um einen Entkopplungsef fekt durch Überlappung des Teils der Spulen zu erreichen, ist eine noch größere Breite notwendig. Nun beträgt die Breite der Oberflächenspule, die zur Verbesserung des Rausch abstands in dem Kopfteil verwendet wird, üblicherweise 8 bis 10 cm, so daß 8 bis 10 Oberflächenspulen erforderlich sind, um einen ähnlichen Rauschabstand zu erreichen. Dies ist unrealistisch.

Verfügbar ist außerdem eine Methode, bei der eine Brückenschaltung dazu dient, die Kopplung zu Null zu machen. Diese Methode erfordert eine sehr komplizierte Verfahrens weise bei der Einstellung in Umfangsrichtung.

Der Kopfabschnitt ist diejenige Zone, die mit der größten Häufigkeit durch eine bildgeben de Kernspinresonanz-Vorrichtung einer Diagnose unterzogen wird, so daß eine Hoch geschwindigkeits-Bildgebung bei hoher Auflösung gewünscht ist, was häufig den Einsatz einer Oberflächenspule erfordert. Obschon in großer Nähe der Spule bei einem herkömm lichen Einzelwindungen-Typ ein hoher Rauschabstand erwartet werden darf, ist die Empfindlichkeit dieses Typs aufgrund der Form und der Größe begrenzt. Eine solche Oberflächenspule ist nicht wünschenswert, um die hochempfindliche Zone in einem großen Umfang zu erhalten. Außerdem kann bei der Kernspinresonanz-Methode kein hoher Rauschabstand erwartet werden, wenn die Richtung des von der HF-Spule erzeugten HF- Magnetfeldes nicht senkrecht zu dem statischen Magnetfeld verläuft. Somit bleibt die Oberflächenspule für gewöhnlich im Kopfabschnitt dort ungenutzt, wo die Richtung des erzeugten HF-Magnetfeldes parallel zum statischen Magnetfeld verläuft (ausgenommen beim Permanentmagnet-Typ, bei dem das statische Magnetfeld in vertikaler Richtung erzeugt wird). Aufgrund der durch die Unregelmäßigkeit des menschlichen Gesichts und die Atembewegung verursachten Beschränkungen wird üblicherweise eine zylindrische Spule nach Art eines Vogelkäfigs, eine Satteltyp-Spule und dergleichen eingesetzt.

Als weiteres Mittel zum Verbessern des Rauschabstands ist in der US 4,825,162 offenbart, mehrere Oberflächenspulen in einer bestimmten Zone eines abzubildenen Patienten einander überlappend derart anzuordnen, daß jedes Resonanzsignal von jeder der Oberflächenspulen erfaßt wird. Die Bildverarbeitung erfolgt jeweils einzeln für die jeweils über Vorverstärker geleiteten magnetischen Resonanzsignale, und es werden mehrere Serien von Bilddaten erzeugt. Anschließend wird jeder Bildelement-Datenwert in einer solchen Weise zusammengesetzt, daß die Bildelement-Daten, welche der gleichen räumlichen Position entsprechen (ein einzelnes komplexes Signal oder ein eindimensionales komplexes Signal oder ein Spektral-Signal), mit einer vorbestimmten Wichtungsfunktion auf der Grundlage der Verteilung des von jeder Oberflächenspule erzeugten HF-Magnetfel des multipliziert werden, wobei die Werte zur Bildung eines Abbilds einer gewünschten Zone summiert werden. Dies wird als Mehrfach-Oberflächenspule bezeichnet. Dies entspricht einem Bild-Synthetisierverfahren, welches zum Ziel hat, ein Bild mit hohem Rauschabstand zu erhalten.

In der EP 0 412 824 A2 ist eine bildgebende Kernspinresonanz-Vorrichtung beschrieben, bei der eine Mehrzahl von Oberflächenspulen vorgesehen ist, die als Differenzspulen ausgebildet sind. Zur Erzielung einer Entkopplung zwischen den Spulen können Entkopp lungsschaltungen oder eine Entkoppelspule vorgesehen sein.

Aus der EP 0 338 624 A1 ist ein Kernspintomograph bekannt, bei dem die Erfassungs spulen unter gegenseitiger Überlappung angeordnet sind.

In: "Journal of Magnetic Resonance", 61, (1985), Seiten 130 bis 136, sind Verfahren zum Entkoppeln von Spulensonden für Kernspinresonanzuntersuchungen erläutert. Hierbei ist angegeben, daß ein passives Verstimmen der Spulen zur Entkopplung zu niedrigen Q- Werten führt, so daß die Spulen dann unerwünscht stark gekoppelt sind.

In der DE 39 05 564 A1 ist eine Spulenanordnung für Kernspin-Resonanz-Untersuchungen beschrieben, bei der die Spulen gegenseitig entkoppelt sind und die Spulenausgangssignale zur Erzielung eines guten Signal-Rausch-Verhältnisses addiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bildgebende Kernspinresonanz-Vorrich tung zu schaffen, die imstande ist, einen hohen Rauschabstand über den gesamten interessieren den Bildbereich hinweg zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß dem Patentanspruch 1 sind die Oberflächenspulen unter Einhaltung spezieller Abstandsbeziehungen beabstandet zueinander angeordnet. Damit erfolgt keine gegenseitige Entkopplung der Spulen durch Überlappung. Zur Entkopplung wird unter anderem der Gütewert Q jeder Oberflächenspule verringert, wozu auf die in der US 4 825 162 angege benen Möglichkeiten zurückgegriffen werden kann. In Verbindung hiermit und mit der in dem Patentanspruch 1 angegebenen Optimierungsvorschrift läßt sich das gewünschte hohe Signal-Rausch-Verhältnis gewährleisten.

Die Erfindung ist weiterhin in der Lage, eine Abbildung mit hohem Rauschabstand zu bieten, ohne daß die Richtung der Sonde bei der Abbildung des Kopfteils des Patienten eingestellt werden muß.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines grundlegenden Aufbaus einer bildgebenden Kern spinresonanz-Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau und die Konfiguration der Sendespule 8 und der Mehrfach-Oberflächenspule 9 gemäß der ersten Aus führungsform der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Aufbaus der Oberflächenspulen und des Empfangsab schnitts gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Beispiel für die Anordnung eines biologischen Körpers im Verhältnis zu den Mehrfach-Oberflächenspulen;

Fig. 5 eine Kennlinien-Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Quadratwur zel der Summe der Quadrate des Rauschabstands in dem gewünschten Quer schnitt des biologischen Körpers und der Spulenbreite veranschaulicht;

Fig. 6A eine graphische Darstellung mit einem maximalen SNR-Punkt (Rauschabstands- Punkt; das ist der der Oberflächenspule am nächsten gelegene Punkt des biolo gischen Körpers) auf der in Fig. 4 dargestellten y-Achse, aufgetragen über der Spulenbreite;

Fig. 6B eine graphische Darstellung mit einem maximalen SNR-Punkt (Rauschabstands- Punkt) auf der in Fig. 4 dargestellten x-Achse, aufgetragen über der Spulenbreite;

Fig. 6C eine graphische Darstellung des Rauschabstands (SNR) in der Bildmitte (der Mitte der Spule), aufgetragen über der Spulenbreite;

Fig. 7 eine Kennlinien-Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Grad der Kopplung zwischen Spulen und dem Rauschabstand veranschaulicht;

Fig. 8 ein Blockdiagramm des Aufbaus einer bildgebenden Kernspinresonanz-Vor richtung gemäß einer modifizierten Variante des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 9 ein Beispiel einer Oberflächenspulenanordnung, wobei zwei Oberflächenspulen, deren HF-Magnetfeld-Richtungen etwa senkrecht zueinander stehen, gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sind;

Fig. 10 ein Beispiel für den Aufbau des Empfangsteils bei Verwendung der in Fig. 9 dargestellten Spulengruppe;

Fig. 11 eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform, bei der die Gruppe dieser Spulen aus mehreren Spulentypen gemäß Fig. 9 besteht und neben der Einzel typ-Oberflächenspule vorgesehen sein kann;

Fig. 12 Kopfkontakt-Mehrfachspulen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 13A und 13B getrennte Spulen 51x, 51y und 51z gemäß Fig. 12;

Fig. 14 eine Skizze, welche veranschaulicht, daß in drei Richtungen orientierte HF- Magnetfelder, die von den Kopfkontakt-Mehrfachspulen 51x, 51y und 51z er faßt werden, orthogonal zueinander verlaufen;

Fig. 15 ein Blockdiagramm des Aufbaus des Empfangsteils;

Fig. 16 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Empfangsteils;

Fig. 17 ein Blockdiagramm des Sende-/Empfangs-Abschnitts für den Fall, daß das HF- Signal in einer gleichförmigen Spule gesendet/empfangen wird;

Fig. 18 die Relation zwischen den Orientierungen der Achsen x, y und z der Sonden spule und der Richtung des statischen Magnetfelds;

Fig. 19 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Empfangsteils;

Fig. 20 ein Ersatzschaltbild für eine Fangschaltung;

Fig. 21 ein Ersatzschaltbild für jede Spule;

Fig. 22 ein weiteres Ersatzschaltbild für jede Spule;

Fig. 23A-23B Zustände, in denen die Kopfkontakt-Mehrfachspule an dem Kopfteil des biologischen Körpers angebracht ist; und

Fig. 24 eine Tabelle mit Beispielen einer Spule und eines Phantoms in Verbindung mit Fig. 4 bis Fig. 7.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches in vereinfachter Form eine erfindungsgemäße bildgebende Kernspinresonanz-Vorrichtung darstellt.

Nach Fig. 1 wird ein Magnet 1 für ein statisches Magnetfeld von einer Energiequelle 2 zum Erzeugen eines Magnetfeldes gespeist, so daß ein gleichförmiges statisches Magnet feld an ein Objekt 5, im vorliegenden Fall an einen menschlichen Patienten, gelegt wird. Eine ein Gradientenmagnetfeld erzeugende Spule 3 wird von einer Treiberschaltung 4 gespeist, die ihrerseits von einer Ablaufsteuerung 11 derart gesteuert wird, daß Gradien tenmagnetfelder Gx, Gy und Gz an den Körper 5 gelegt werden. Die Gradientenmagnet felder Gx, Gy und Gz ändern sich linear entlang der x-, y- und z-Richtung des Koor dinatensystems. An den Körper 5 wird unter der Steuerung der Ablaufsteuerung 11 ein hochfrequentes Magnetfeld (HF-Feld oder HF-Magnetfeld genannt) gelegt. Das HF- Magnetfeld wird erzeugt, indem ein hochfrequenter Impuls (ein HF-Impuls) von einem Sendeteil 7 an eine Sendespule 8 gelegt wird.

In der Nähe des biologischen Körpers 5 gibt es eine Mehrfach-Oberflächenspule 9 zum Er fassen eines Signals innerhalb der Sendespule 8. Durch die Mehrfach-Oberflächenspule 9 wird ein Kernspinresonanz-Signal, welches aus dem biologischen Körper 5 empfangen wird, direkt zu einem Empfangsteil 10 übertragen. Das zu dem Empfangsteil 10 über tragene Kernspinresonanz-Signal wird verstärkt und demoduliert. Anschließend wird das Signal unter der Steuerung durch die Ablaufsteuerung 11 zu einem Datenerfassungsteil 12 gesendet. Im Datenerfassungsteil 12 wird das unter der Steuerung durch die Ablaufsteue rung 11 eingegebene Kernspinresonanz-Signal erfaßt und A/D-gewandelt, um anschließend einem Computer 13 zugeführt zu werden. Der Computer 13 wird über eine Konsole 14 gesteuert. In dem Computer 13 wird ein Bild für das von dem Datenerfassungsteil 12 eingegebene Kernspinresonanz-Signal durch Verarbeitung rekonstruiert, und die so erhalte nen Bilddaten von der Mehrfach-Oberflächenspule 9 werden gewichtet und aufsummiert, um synthetisierte oder zusammengesetzte Bilder mit einem hohen Rauschabstand (SNR) zu erhalten. Außerdem steuert der Computer 13 die Ablaufsteuerung 11. Die von dem Computer 13 erhaltenen Bilddaten werden an eine Bildanzeige 15 übermittelt, auf welcher das Bild dargestellt wird.

Fig. 2 ist eine schematische Skizze, die den Aufbau und die Konfiguration der Sendespule 8 und der Mehrfach-Oberflächenspule 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Gemäß Fig. 2 legt die Sendespule 8 ein homogenes und gleichförmiges HF-Magnetfeld an eine für die Abbildung gewünschte Zone des biologischen Körpers 5. Die Mehrfach-Ober flächenspulen 9a bis 9f sind in der Weise angeordnet, daß sie den biologischen Körper 5 umgeben. Bedingungen wie Größe, Anzahl und Konfiguration der Spulen werden durch eine grundlegende Optimierungsgleichung erhalten, die weiter unten noch näher beschrie ben wird.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus der Oberflächenspulen nach Fig. 2 in Verbin dung mit dem Empfangsteil.

Nach Fig. 3 besteht die Mehrfach-Oberflächenspule 9 aus sechs Oberflächenspulen 9a-9f. Es sind entsprechende Vorverstärker 21a-21f, Detektorschaltungen (DET) 22a-22f und Tiefpaßfilter (TPF) 23a-23f vorhanden, die jeweils den zugehörigen Oberflächenspulen 9a-9f entsprechen und eine Signal-Detektoreinrichtung oder ein Empfangsteil 10 bilden. In dem Datenerfassungsteil 12 werden die detektierten Kernspinresonanz-Signale, die von dem Empfangsteil eingegeben werden, mit Hilfe eines A/D-Wandlers in ein digitales Signal umgesetzt und dann dem Computer 13 zugeführt.

Als nächstes soll die Einrichtung zum Erhalten einer Verteilung des Rauschabstands (SNR) für die gewünschte Abbildungszone (interessierende Zone) beschrieben werden.

Ein Signal S der Oberflächenspule 9 ist proportional zu der Verteilung des von der Oberflächenspule 9 erzeugten HF-Magnetfelds. Die Verteilung des HF-Magnetfelds wird durch das Biot- Savart-Gesetz für den Fall erhalten, daß durch die Oberflächenspule 9 ein einheitlicher Strom fließt. Um die Dielektrizitätskonstante und die Leitfähigkeit des betrachteten biolo gischen Körpers zu berücksichtigen, wird eine typische Größe des biologischen Körpers bestimmt, und es erfolgt eine Berechnung unter Verwendung einer analytischen Methode oder einer Analysemethode für ein elektromagnetisches Antennen-Feld. Bezüglich der Ana lysemethode für ein elektromagnetisches Antennen-Feld stehen ein Momentenverfahren und ein räumliches Netzwerkverfahren und weitere Verfahren zur Verfügung. Selbstverständ lich kann man auch experimentell arbeiten, indem man den biologischen Körper tatsächlich abbildet.

Beispielsweise wird für einen gewünschten Abbildungsbereich des biologischen Körpers unter Verwendung der Sende-/Empfangs-Spulen bei Erzeugen eines homogenen HF-Mag netfelds ein homogenes Bild I_homo(r) erhalten. Anschließend wird unter Verwendung der jenigen Spule, die ein homogenes HF-Feld erzeugt, ein Signal gesendet, welches von einer Oberflächenspule empfangen wird, so daß man ein Oberflächenspulen-Bild I_S(r) erhält. Durch Berechnen von I_S(r)/I_homo(r), erhält man das Signal S der Oberflächenspule. Das Sig nal für eine Zone ohne aktuelles Signal oder ein schwaches Signal in dem Abbildungsbe reich des biologischen Körpers läßt sich durch ein Interpolationsverfahren unter Verwen dung eines Umgebungssignals ermitteln. Als zu untersuchender biologischer Körper kann ein Phantom verwendet werden, welches eine ähnliche Leitfähigkeit und Dielektrizitäts konstante wie der biologische Körper besitzt.

Das Rauschen N läßt sich unterteilen in eine Komponente für jede Spule und eine Kompo nente, die der Korrelation von Rauschen zwischen den Spulen entspricht. Zunächst wird die Komponente für jede Spule dargestellt durch die Summe aus einem dem biologischen Körper eigenen dielektrischen Verlust aufgrund des HF-Magnetfelds oder dem dielek trischen Verlust, der zu dem in der Spule erzeugten elektrischen Feld gehört, und einem Verlust der Spule selbst (dieser Verlust kann zu dem Widerstand des für den Spulendraht verwendeten Materials in Beziehung stehen oder kann ein kapazitiver Verlust oder Strahlungsverlust sein). Hier wird das Rauschen r für die Spule selbst aus der nach stehenden Gleichung (1) berechnet, in die ein Q-Wert der Spule eingeht, wenn kein biologischer Körper vorhanden ist, und in die außerdem die Induktivität L und die Reso nanzfrequenz ω₀ eingeht.

r = Lω₀/Q (1)

Unter den dem biologischen Körper eigenen Verlusten hat, allgemein gesprochen, der dielektrische Verlust aufgrund des an der Spule auftretenden elektrischen Feldes keinen signifikanten Einfluß auf den biologischen Körper, da sich das elektrische Feld in einem Kondensatorabschnitt der Spule konzentriert, falls die Oberflächenspulen in eine große An zahl von Kondensatoren unterteilt sind, so daß ein derartiger dielektrischer Verlust nicht berücksichtigt werden muß. Darüber hinaus läßt sich der Induktionsverlust mit einem Coulomb-Messer gemäß Gleichung (2) berechnen.

r = σω₀ ² . ∫ _v|A|²dV (2)

A ist das Vektorpotential, welches die Spule erzeugt.

Unter der Bedingung, daß der Verlust aufgrund des an der Spule auftretenden elektrischen Feldes nicht berücksichtigt wird, werden ein Wert Qunload und ein Wert Qload gemessen, und das Rauschen kann aufgrund von Gleichung (3) erhalten werden. Der Wert Qunload gibt einen Q-Wert der Spule ohne den biologischen Körper an, und der Wert Qload gibt einen Q-Wert der Spule mit dem biologischen Körper an.

r = Lω₀X(1/Qload - 1/Qunload) (3)

Andererseits berechnet sich die der Korrelation des Rauschens zwischen den Spulen ent sprechende Komponente gemäß folgender Gleichung (4):

r = σω₀ ² . ∫ _vA_i . A_jdV (i ist ungleich j) (4)

A_i und A_j sind die Vektorpotentiale, welche die i-te und j-te Oberflächenspule erzeugen, und σ ist die Leitfähigkeit des biologischen Körpers. Das Rauschen läßt sich in der JP 4-42 937 A beschriebenen Weise messen.

Wenn das Rauschen der Spule (zum Beispiel ein Ver lust, der durch den Widerstand des Spulenmaterials verursacht wird) aufgrund der Wech selwirkung zwischen den Spulen (zum Beispiel gegenseitige Induktivität) und die dadurch hervorgerufene Rauschkorrelation zwischen den Spulen verursacht wird, so kann dieser Einfluß praktisch dadurch unterdrückt werden, daß man Mittel zum Verringern der Wechselwirkung zwischen den Spulen vorsieht.

Alles zusammengenommen, errechnet sich SNR gemäß folgender Gleichung (5):

SNR² = {ΣΣk_ik_jB_1xyizB_1xyj}/{ΣΣk₁k_jR_ijcos(Δθ_ij)} (5)

k_i ist eine Wichtungsfunktion für das Bild der i-ten Oberflächenspule, ausgedrückt durch folgende Gleichung (6):

[k₁]^t ∝ [R_ijcos(Δθ_ij)]^-1[B_1xyi]^t (6)

R_ij ist ein Element für eine Rauschmatrix, die sich durch folgende Gleichung (7) ausdrückt:

R_ij = σω₀ ² ∫ _vA_i . A_jdV (7)

Hier bedeutet B die Stärke des HF-Magnetfelds. Das Rauschen der Spule selbst wird durch ein Diagonalelement der Rauschmatrix dargestellt, da die Rauschkorrelation zwischen ver schiedenen Spulen dann nicht auftritt, wenn es keine Wechselwirkung zwischen den Spulen gibt.

Daneben lassen sich andere verschiedene bekannte Verfahren realisieren, bei denen ein einzelnes Bild mit hohem Rauschabstand aus gleichzeitig von mehreren Oberflächenspulen erhaltenen Bildern erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Anordnung des biologischen Körpers in Verbindung mit den Mehrfach-Oberflächenspulen.

Unter Verwendung von Gleichung (5) werden die optimale Größe, Anzahl und Anordnung der Spulen ermittelt. Es sei hier angenommen, daß sechs Oberflächenspulen verwendet werden, daß der biologische Körper 5 und die Oberflächenspulen 9 zum Abbilden eines Kopfabschnitts eines Menschen gemäß Fig. 4 angeordnet sind und Gebrauch von einer bei spielhaften Phantomform gemacht wird, wie sie in Fig. 24 dargestellt ist, so daß der Rauschabstand für das Bild entlang dem Querschnitt (Z = 0) der Mittelspulen berechnet wird. Hier ist der Bezugs-Rauschabstand der Rauschabstand eines zentralen Abschnitts des durch eine zylindrisch geformte QD-Spule erhaltenen Bildes, durch die eine gleichförmige Abbildung in dem Abbildungsquerschnitt möglich ist. Ungefähre Abmessungen für die QD-Spule, die bei dieser Simulation verwendet wird, sind ein Durchmesser von 300 mm und eine axiale Länge von 130 mm. Die Werte des Rauschabstands gemäß Fig. 5 und Fig. 6A-6C basieren auf einer Skaleneinteilung, bei der der oben erwähnte Bezugs-Rausch abstand auf 1,0 eingestellt ist.

Ferner erhält man die Verteilung des HF-Magnetfelds nach dem Biot-Savart-Gesetz, und der dielektrische Verlust errechnet sich aus den Gleichungen (2) und (4) unter der Bedin gung, daß die HF-Wellenlänge genügend groß ist im Vergleich zu der Größe der Spule und das Rauschen für die Spule selbst aus dem aktuell gemessenen Q-Wert ermittelt wird. Es wird hier angenommen, daß zwischen den Spulen keine Wechselwirkung existiert. Das Ergebnis der Berechnung der Rauschabstand-Bewertungsfunktion f(SNR), wie sie durch die Gleichung (8) wiedergegeben ist, wenn die Spulenbreite gemäß Fig. 5 variiert wird, ist in Fig. 5 wiedergegeben. Fig. 5 zeigt eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen der Quadratwurzel der Summe der Quadrate des Rauschabstands in dem gewünschten Quer schnitt des Phantoms und der Spulenbreite veranschaulicht. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, nimmt der Wert von f(SNR) bis etwa 50 mm, ausgehend von einer Spulenbreite von 130 mm, zu (dies ist dann der Fall, wenn die benachbarten Spulen in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind). Bis zu annähernd 40 mm ist der Wert der Gleichung (8) größer als im Fall von 130 mm.

[∫_v{SNR(r)}²dV]^1/2 (8)

Fig. 6A ist eine graphische Darstellung, bei der ein Punkt maximalen Rauschabstands (maximaler SNR-Wert) (der der Oberflächenspule am nächsten gelegene Punkt des biolo gischen Körpers) auf der in Fig. 4 dargestellten y-Achse, gegenüber der Spulenbreite auf gezeichnet ist. Fig. 6B ist eine graphische Darstellung, bei der ein Punkt maximalen Rauschabstands (SNR) (der der Oberflächenspule am nächsten gelegene Punkt des biologi schen Körpers) auf der in Fig. 4 dargestellten x-Achse gegenüber der Spulenbreite aufge zeichnet ist. Fig. 6C ist eine graphische Darstellung, bei der der Rauschabstand (SNR) in der Bildmitte (der Mitte des Phantoms) gegenüber der Spulenbreite aufgezeichnet ist.

Wie aus Fig. 6C hervorgeht, ist der zentrale Wert SNR bei 130 mm maximal, und der SNR-Wert nur um annähernd 10% beeinträchtigt, auch wenn die Spulenbreite nur halb so groß wird. Aus Fig. 6B ist ersichtlich, daß der Rauschabstand zwischen benachbarten Spulen geringfügig beeinträchtigt ist. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 6A, daß der Rausch abstand in der Nähe der Spule an der y-Achse praktisch umgekehrt proportional zu der Spulenbreite ist. Berücksichtigt man einen S/N-Verbesserungseffekt der gewünschten Zone im gesamten x-y-Querschnitt, insbesondere eine Verbesserung in der Nähe der Oberfläche, so kann die Spulenbreite klein gehalten und vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 40 bis 100 mm eingestellt werden, so daß ein Raum zwischen den Spulen vorhanden ist.

Die Spulenbreite ℓ kann man anhand eines Radius eines Modellzylinders bestimmen, wel cher mehrere Oberflächenspulen aufweist, wobei die Anzahl der Spulen gleich N ist. Bei der gewünschten Spulenbreite 40-100 mm erfüllt ein Ergebnis, welches aus einer Simulation mit einem Zylinderradius von 245 mm und 6 Spulen erhalten wird, die folgende Unglei chung (9):

0,3 < ℓN/πR < 0,8 (9)

Die obige Ungleichung (9) läßt sich zu folgender Ungleichung (10) umschreiben, in der d den Abstand zwischen der Mitte der benachbarten Spulen bezeichnet (vgl. Fig. 9).

0,3 < ℓ/d < 0,8 (10)

Innerhalb eines solchen, durch die Ungleichung definierten Bereichs kann der Designer auf der Grundlage einer Auswertungsfunktion gemäß der Gleichung (8), auf der Grundlage der tatsächlichen Form des zu untersuchenden biologischen Körpers, der Toleranz der Rausch abstands-Ungleichmäßigkeit, eines vorgegebenen maximalen SNR-Verbesserungsverhältnis ses und dergleichen, viele verschiedene Abmessungen der Oberflächenspule frei bestimmen. Es ist nicht erforderlich, die Werte ℓ und d aller benachbarten Spulen aneinander anzuglei chen. Bei einer von den Erfindern durchgeführten Simulation des Patentgegenstands wird von einer rechteckigen Spule Gebrauch gemacht, die auf einer flachen Oberfläche ausgebildet ist. Man kann praktisch das gleiche Ergebnis auch dann erhalten, wenn die Spule auf einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet ist, so daß sie in engeren Kontakt mit dem Phantom gelangen kann. In diesem Fall bildet ℓ oder d die Länge der gekrümmten Fläche. Darüber hinaus kann auch eine kreisförmige Spule als Oberflächenspule eingesetzt werden (Fig. 9).

Darüberhinaus muß die Größe der Spulen nicht notwendigerweise gleich sein. Man versteht beispielsweise, daß die Breiten in Nachbarrichtung für benachbarte Spulen ℓ₁ und ℓ₂ verschieden sein können. In diesem Fall bestimmt sich der Abstand zwischen den Spulen vorzugsweise durch die Ungleichung

0,3 < (ℓ₁ + ℓ₂)/2d < 0,8

wobei d den Abstand zwischen jeweiligen Spulenmitten bezeichnet.

Folglich läßt sich die optimale Spulenbreite auf der Grundlage der Gleichung (5) erhalten. Wenngleich die Berechnung hier für eine konstante Anzahl von Spulen durchgeführt wird, können stattdessen auch andere Parameter unveränderlich sein. Wenn es nicht länger notwendig ist, daß die Oberflächenspulen benachbart zueinander angeordnet sind, läßt sich das Ausmaß der Wechselwirkung der Spulen untereinander verringern. Als Resultat davon sind verschiedene Verfahren, die im Stand der Technik erforderlich sind, um eine vollstän dige Entkopplung zwischen den Spulen zu erreichen, nicht mehr notwendig, und man kann durch eine einfache Korrektur das Bild mit der geringsten Störung erhalten, indem der Q-Wert der Spulen verringert wird.

Der Q-Wert läßt sich dadurch reduzieren, daß man in einfacher Weise einen Vorverstärker mit einer niedrigen Eingangsimpedanz oder einen Rückkopplungsverstärker verwendet.

Der Einfluß der Kopplung zwischen den Spulen läßt sich durch folgende Gleichung abschätzen:

I₂/I₁ = kQ/√1 + k²Q²

Es wird hier angenommen, daß die beiden Spulen die gleiche Induktivität und die gleichen Q-Werte haben. k bedeutet einen Koeffizienten der Kopplung zwischen den Spulen. Die obige Gleichung gibt das Verhältnis des durch die Spule 1 fließenden Stroms 11 zu dem durch die Spule 2 fließenden Strom I₂ an. Fig. 7 zeigt das Ergebnis, das durch Auswerten des Kopplungseffekts bei der Abbildungsmethode gemäß der Erfindung erhalten wird. In Fig. 7 sind die Rauschabstände (SNR) auf der y-Achse für den Fall aufgetragen, daß I₂/I₁ über die Werte 0; 0,1; 0,2; 0,5 für die Spule variiert wird, deren Größe gemäß Fig. 24 130 mm × 130 mm beträgt. Gemäß Fig. 7 läßt sich die SNR-Verschlechterung an der Oberfläche auf weniger als etwa 10% begrenzen, wenn I₂/I₁ etwa 0,2 beträgt. Wird die Spulenbreite für das gleiche Verhältnis von I₂/I₁ verringert, wird die SNR-Verschlech terung noch weiter unterdrückt, weil der relative Abstand zwischen den Spulen bezüglich der Spulenbreite erhöht wird.

Um in der Praxis das Verhältnis I₂/I₁ unter 0,2 zu halten, ist es vorzuziehen, den Q-Wert auf weniger als 10 und den k-Wert auf weniger als 0,02 einzustellen. Im Stand der Tech nik gemäß der JP 4-42 937 A ist es möglich, den Q-Wert auf weniger als 2 einzustellen, und in diesem Fall ergibt sich der k-Wert folglich zu weniger als 0,1. Wenn die Spulenbreite 100 mm beträgt, ist der k-Wert tatsächlich kleiner als 0,1, so daß durch Einstellen des Q-Werts auf annähernd 2 kein Problem durch den Kopplungseffekt entsteht.

Was die Bildgebungs-Prozeduren angeht, so läßt sich ein Bild mit hohem Rauschabstand (SNR) dadurch erhalten, daß man Wichtungs- und Summieroperationen unter Verwendung der Wichtungsfunktion durchführt, die im wesentlichen proportional zu der Verteilung eines hochfrequenten Magnetfeldes für jede Spule ist. Im Rahmen der vorliegenden Er findung läßt sich beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Stück eines Bildes mit hohem Rauschabstand unter Verwendung der Daten der Oberflächenspulen 9a bis 9f zu sammensetzen.

Obschon die Verteilung des hochfrequenten Magnetfeldes vorab in Form von Annähe rungsdaten erhalten werden kann, indem durch den Computer eine Simulation durchgeführt wird, ist es vorzuziehen, daß das Verhältnis zwischen dem unter Verwendung der Sende spule 8 erhaltenen Bild und dem durch jede Oberflächenspule erhaltenen Bild herangezogen wird, um die Wichtungsfunktion zu ermitteln. Ein Blockdiagramm für diesen Fall ist in Fig. 8 dargestellt. Damit die Sendespule 8 auch als Empfänger eingesetzt werden kann, ist in diesem Beispiel ein Duplexer 31 vorgesehen, der einen Signalstrom zur Zeit eines Sende- oder Empfangsbetriebs derart umschaltet, daß das Signal zur Zeit des Empfangs an den Empfangsteil geleitet werden kann. Speziell im Fall des gleichzeitigen Empfangs eines Empfangsspulenbildes und eines Bildes von jeder Oberflächen-Spule kann man von dem in der US 4 825 162 beschriebenen Verfahren Gebrauch machen.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die vorliegende Erfindung kann derart ausgestaltet werden, daß ein Satz von Spulengrup pen aus jeweils mehreren Spulen angeordnet wird, während ein einziger Typ von Ober flächenspulen bei dem ersten Ausführungsbeispiel benutzt wird.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel der QD-Oberflächenspule, wobei zwei Oberflächenspulen, bei denen die Richtungen des erzeugten HF-Magnetfeldes etwa senkrecht aufeinander stehen, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Gemäß Fig. 9 sind eine kreisförmige Spule 41X und eine der Ziffer "8" entsprechend aufgebaute Spule 41Y derart angeordnet, daß die von ihnen erzeugten HF-Magnetfelder praktisch senkrecht aufeinander stehen. Spulen lassen sich in Entkopplungslage derart anordnen, daß ihr Kopplungskoeffizient Null ist. Verglichen mit den Einzeltyp-Ober flächenspulen läßt sich der Rauschabstand (SNR) in der Gruppe dieser Spulen zum Teil bis zum 1,4-fachen verbessern im Vergleich zu den Einzeltyp-Oberflächenspulen. Wenn die Spulenbreite mit ℓ und der Abstand zwischen den Mitten der Spulen mit d bezeichnet wird, wie dies in Fig. 9 angegeben ist, läßt sich der gleiche Effekt erzielen, wie er oben angesprochen ist.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Empfangsteil, wenn die in Fig. 9 dargestellte Gruppe von Spulen verwendet wird. Die Spulen 41X und 41Y sind jeweils mit Vorver stärkern 42X, 42Y verbunden. An die Vorverstärker schließen sich - wie in Fig. 10 gezeigt - jeweils eine Phaseneinstelleinheit 43 und eine Verstärkungseinstelleinheit 44 an. Danach werden die Signale aus der Spule 41X und der Spule 41Y durch ein 90°-Hybrid 45 summiert, wobei das 90°-Hybrid 45 an einen Detektor 22a angeschlossen ist. Bei Bedarf befinden sich die Phaseneinstelleinheit 43 und die Verstärkungseinstelleinheit 44 zwischen den Vorverstärkern 42X und dem 90°-Hybrid 45 oder dem Vorverstärker 42Y und dem 90°-Hybrid 45. Falls notwendig, kann zwischen den 90°-Hybrid 45 und den Detektor 22a ein Hauptverstärker 46 eingefügt sein.

Gemäß Fig. 11 kann die Gruppe dieser in Fig. 9 dargestellten Spulen in der Nachbarschaft einer Einzeltyp-Oberflächenspule angeordnet sein. In diesem Fall ändert sich die Bedin gung entsprechend der Ungleichung (9) zu der Ungleichung (10)

0,3 < (ℓ₁+ ℓ₂)/2d < 0,8 (10)

wobei die Breite der kombinierten Spulen ℓ₁ und die Breite der Einzelspule ℓ₂ beträgt, während der Abstand zwischen den Mitten der Spulen d beträgt. In diesem Fall kann also der Empfangsteil vom kombinierten Typ gemäß Fig. 3 und Fig. 10 sein.

Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Nach Fig. 12, die die dritte Ausführungsform zeigt, werden Mehrfachspulen vom Kopfkontakt-Typ anstelle der in der zweiten Ausführungsform verwendeten QD-Spule verwendet. Der Spulensatz gemäß der dritten Ausführungsform wird gebildet durch drei Spulen 51x, 51y und 51z, wie sie in Fig. 12 dargestellt sind. Fig. 13A und 13B zeigen jeweils einzeln die in Fig. 12 zusammen dargestellten Spulen 51x, 51y und 51z. Gemäß Fig. 13A hat die Spule 51z Kreisform. Nach den Fig. 13B und 13C haben die Spulen 51y und 51x die Form der Ziffer "8". Gemäß Fig. 12 werden die Längsrichtungen der Spule 51y sowie der Spule 51x derart angeordnet, daß sie senkrecht aufeinander stehen, während die Spulen 51y und 51x innerhalb der Spule 51z angeordnet sind.

Bei dieser in Fig. 12 dargestellten Anordnung erfassen die Spulen 51x, 51y und 51z die hochfrequenten Magnetfelder in Richtung der x-Achse, der y-Achse bzw. der z-Achse. Fig. 14 zeigt, daß die in drei Richtungen orientierten HF-Magnetfelder, die von den Kopfkontakt- Typ-Mehrfachspulen 51x, 51y und 51z erfaßt werden, senkrecht aufeinander stehen.

Fig. 15 zeigt den Empfangsteil 10 für die bildgebende Kernspinresonanz-Vorrichtung nach der dritten Ausführungsform. Das Signal von den Spulen 51x, 51y und 51z wird jeweils von einem Vorverstärker 52x, 52y und 52z verstärkt, und deren Phase und Pegel werden von Phasenänderungsabschnitten 53x, 53y und 53z bzw. Pegeleinstellabschnitten 54x, 54y und 54z ansprechend auf die Spulenrichtung eingestellt. Die so eingestellten und justierten Signale werden von einem Addierer 58 summiert und von einem Detektor 55 detektiert. Anschließend werden von einem Filter 56 nicht benötigte Signalanteile entfernt, bevor die Signale zu dem Datenerfassungsteil 12 weitergeleitet werden.

Der in Fig. 12 dargestellte Kopfkontakt-Typ-Spulensatz 51x, 51y und 51z befindet sich mit dem zu untersuchenden Kopfteil des biologischen Körpers in Berührung, so daß vorzugs weise eine optimale Signalsynthese einhergehend mit der Bewegung der Lage der am Kopf angebrachten Spule erfolgt. Aus diesem Grund werden die Empfangsbedingungen (Am plitude und Phase) der jeweiligen Spulen in einem Empfangssystem bestimmt. Als Ver fahren zum Einstellen der Amplitude und der Phase ansprechend auf die Spulenrichtungen läßt sich beispielsweise von folgendem Verfahren Gebrauch machen: Ein Arzt gibt Infor mation bezüglich der Spulenrichtung ein (Richtung und Neigung), wenn die Spulen an einem Patienten befestigt werden, und es wird eine geeignete Scheibenebene über den Computer ausgewählt. Nach Berechnen und Einstellen von Amplitude und Phase erfolgt der Bildgebungsprozeß. Alternativ werden die Spulen durch einen Haltearm oder derglei chen fixiert, welcher die Anordnung frei auf der Oberfläche des Kopfteils des Patienten einstellen kann. Anschließend wird der Haltearm vorab derart vorbereitet, daß die Posi tionsdaten des Haltearms aus der Form der eingerichteten Spulen erhalten werden. In dem Computer wird aus den so erhaltenen Positionsdaten eine geeignete Scheibenebene ausge wählt, damit der bildgebende Prozeß in ähnlicher Weise durchgeführt werden kann, wie es oben beschrieben ist.

Schalter 59x bis 59z sind vor dem Addierer 58 vorhanden und die Signale werden unabhängig von jeder Spule empfangen, um die Amplitude und die Phase für jedes Signal zu untersuchen, wie dies in Fig. 16 dargestellt ist. Zur Bilduntersuchung ist die Sendespule 8 außerdem zum Senden/Empfangen von Signalen ausgelegt, so daß das von der jeweiligen Empfangsspule erhaltene Bild bezüglich der Aufteilung durch das von der Sendespule 8 erhaltene Bild verarbeitet werden kann. In diesem Fall ist es notwendig, eine gleichförmige Sende/Empfangs-Spule 50 zu verwenden und die Sende/Empfangs-Signale durch den Duplexer 31 zu separieren, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. Beim Empfang der Signale ist es vorzuziehen, eine aktive Entkopplung zwi schen dem Kopfkontakt-Typ-Spulensatz 51 und der gleichförmigen Spule 50 vorzunehmen, indem eine PIN-Diode oder dergleichen verwendet wird.

Was die Berechnung von Amplitude und Phase aus dem Winkel anbelangt, so sind bei spielsweise die Sinuswerte der projizierten Winkel θx, θy und θz auf die jeweilige Achse die Amplitudenwerte, wenn die Relation des statischen Magnetfeldvektors B₀ und der Richtung jeder Spule 51x bis 51z entsprechend der Darstellung in Fig. 18 wird. Die Winkelabweichung zwischen jeder Achse ist eine relative Phasenabweichung, wenn jede Achse auf eine Vertikalebene bezüglich B₀ projiziert wird.

In dem Datenerfassungsteil 12 wird ein Detektor-Ausgangssignal der eingegebenen Kern spinresonanz-Signale abgetastet und gehalten, um von dem A/D-Wandler digitalisiert zu werden, um Rohdaten zu erhalten.

Bei dieser Ausführungsform erfolgen das Wichten und Summieren in bezug auf die emp fangenen Analogsignale, um das Signal von jeder einzelnen Spule zu verarbeiten. Statt dessen können aber auch, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist, die jeweiligen Signale von den einzelnen Spulen 51x-51z verstärkt, detektiert, gefiltert und in dem Datenerfassungsteil 12 A/D-gewandelt werden, um anschließend so, wie es in der US 4 825 162 beschrieben ist, den Bildrekonstruktionsprozeß für jedes Bild durch den Computer 13 auszuführen, wonach das Wichten und Summieren für jedes Bildelement erfolgen oder aber eine Faltungs-Integration vorgenommen wird, während die Wichtungsfunktion vorab aus geführt wird, um das Bild zu rekonstruieren. Erfolgen das Wichten und Summieren jeweils für ein einzelnes Bildelement, so stehen verschiedene Summiermethoden zur Verfügung, wie es in der US 4 825 162 beschrieben ist. Als einfachstes Beispiel für das Sum mieren steht ein Verfahren zur Verfügung, welches eine Quadratwurzel der Summe des Quadrats des Absolutwerts für jedes Bildelement entsprechend der jeweils gleichen Position für die jeweiligen Bilddaten verwendet.

In diesem Fall wird das detektierte Ausgangssignal des von jeder Spule eingegebenen Kernspinresonanz-Signals abgetastet, gehalten und anschließend durch den A/D-Wandler digitalisiert, so daß Daten zum Rekonstruierendes Bildes entsprechend jeder Spule in dem Datenerfassungsteil 12 aufgenommen werden. Um die jeder Spule ent sprechende Wichtungsfunktion aus dem Bild zu erhalten, kann man eine Schaltung vor sehen, wie sie in Fig. 17 dargestellt ist, und man kann von dem in der US 4 825 162 beschriebenen Verfahren Gebrauch machen.

Wenn außerdem die Magnetfeldrichtung für eine Spule des Satzes parallel zu der Richtung des statischen Magnetfeldes wird, wird die Signalstärke von der Spule derart gering, daß in einigen Fällen kein Signal empfangen wird. Wenn in diesem Fall die Signale aufsum miert werden, enthalten sie starkes Rauschen. Man kann daher einen Schwellenwert für die Signalstärke oder die Bilddaten vor der Ausführung des Summiervorgangs vorsehen.

Hierdurch läßt sich das Signal mit einer Stärke unterhalb des Schwellenwerts als Rauschen interpretieren und aus den Bilddaten eliminieren.

In diesem Zusammenhang kann man eine in Fig. 20 dargestellte Fangschaltung für jede Spule vorsehen. In diesem Fall ist eine Querdiode D1 in der Fangschaltung bei Empfang des Signals nicht-leitend, so daß die Fangschaltung ausgeschaltet ist. Wenn das Signal übertragen wird, ist die Querdiode D1 eingeschaltet, und es entsteht Resonanz in der Fang schaltung mit entsprechend hoher Impedanz an beiden Enden. Daher gelangt die Spule künstlich in einen offenen Zustand, um ein Empfangssystem vor einer übermäßigen Si gnaleingangsgröße während der Zeit der HF-Signalübertragung zu schützen. Fig. 21 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Kondensator C2 justiert und die Resonanzfrequenz derart synchronisiert ist, daß die Spulen-Ausgangsimpedanz von einem Kondensator C3 auf etwa 50 Ω angeglichen wird. Außerdem kann unmittelbar hinter der Spule ein Vorverstärker liegen, wie dies in Fig. 22 gezeigt ist. Eine derartige Feineinstellung läßt sich durch eine hinsichtlich der Kapazität variable Diode oder dergleichen erreichen.

Es kann der Fall vorkommen, daß auch dann eine Restkopplung vorhanden ist, wenn jede Spule orthogonal zu einer anderen Spule angeordnet ist. Um diese Restkopplung zu vermeiden, kann die Entkopplung unter Verwendung eines Q-Dump-Schaltkreises (siehe US 4 825 162) durchgeführt werden.

Fig. 23A bis 23C zeigen Ansichten, bei denen eine Sonde 61, welche mit einem Kopfkon takt-Typ-Spulensatz 51x bis 51z ausgestattet ist, an dem Kopfabschnitt des Patienten 5 angebracht ist. Fig. 23A zeigt einen vorderen Kopfabschnitt, beispielsweise entsprechend dem Gehirn bzw. einem vorderen Gehirnlappen. Fig. 23B zeigt einen zentralen Kopf abschnitt, beispielsweise Gehirn, Mittelhirn und Hirnstamm; Fig. 23C zeigt den rück wärtigen Bereich des Kopfes, beispielsweise Kleinhirn und den Bulbär-Abschnitt.

Dementsprechend werden bei der dritten Ausführungsform der Erfindung Daten bezüglich des Kopfabschnitts des Patienten dadurch erfaßt, daß der Spulensatz in einer Ebene oder einer gekrümmten Ebene angeordnet wird, so daß das Kernspinresonanz-Bild mit hohem Rauschabstand (SNR) auch dann immer erhalten werden kann, wenn die Sonde 61 aus irgendeiner gewünschten Richtung angebracht wird.

Die Mehrfachspule 51 gemäß der dritten Ausführungs form kann als Teil der Spule der ersten Ausführungsform eingesetzt werden. In diesem Fall läßt sich die Breite ℓ₃ der Spule 51 gemäß Fig. 12 definieren, und die Lagebeziehung bezüglich der Breite ℓ₂ der einzelnen rechteckigen Spule kann derart sein, daß dies der Un gleichung (10) ähnelt:

0,3 < (ℓ₂ + ℓ₃)/2d < 0,8 (11)

Durch die vorliegende Erfindung lassen sich die optimale Anzahl, Größe und Lage von Spulen für die gewünschte Abbildungszone festlegen. Speziell dann, wenn mehrere Oberflächenspulen so angeordnet werden, daß sie den darin liegenden biologi schen Körper umgeben, besteht keine Notwendigkeit, unter benachbarten Spulen eine vollständige Entkopplung vorzunehmen, um einen hohen Rauschabstand zu erreichen.

Außerdem wird durch Verwendung der QD-Oberflächenspule die Bilderzeugung mit hohem Rauschabstand möglich.

Außerdem läßt sich der Kopfabschnitt stets rasch bei hohem Rauschabstand abbilden, ohne die Richtung der Kopfkontakt-Typ-Spule in bezug auf das statische Magnetfeld im Sinne einer Verbesserung des Rauschabstands einstellen zu müssen.

Claims

1. Bildgebende Kernspinresonanz-Vorrichtung mit
einer Statikmagnetfeldspule (1) zur Erzeugung eines gleichförmigen, statischen Magnetfelds,
einer Gradientenmagnetfeldspule (3) zur Erzeugung eines Gradientenmagnet felds,
Hochfrequenzspulen (8, 9), die eine Spule (8) zum Erzeugen eines hochfre quenten Magnetfelds und mehrere Oberflächenspulen (9a bis 9f) aufweisen, die sehr nahe bei einem Objekt angeordnet sind und von denen jede gleichzeitig Magnetresonanzsignale vom Objekt empfängt, wobei die Oberflächenspulen (9a bis 9f) beabstandet zueinander derart angeordnet sind, daß die Beziehung
0,3 < (ℓ₁ + ℓ₂)/2d < 0,8
erfüllt ist, wobei ℓ₁ und ℓ₂ die Breite benachbarter Oberflächenspulen und d den Abstand zwischen benachbarten Oberflächenspulen, gemessen von Spulenmitte zu Spulenmitte, bezeichnen,
einem Prozessor (13) für die Rekonstruktion und Verarbeitung der Magnetreso nanzsignale, und
einer Einrichtung zur Verringerung des Werts Q jeder Oberflächenspule.

2. Kernspinresonanz-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spulenbreite benachbarter Oberflächenspulen gleich groß ist (ℓ₁ = ℓ₂).

3. Kernspinresonanz-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens eine der Oberflächenspulen (9a bis 9f) eine Mehrzahl von Spulen (41X, 41Y; 51x, 51y, 51z) enthält, die hochfrequente Magnetfelder mit jeweils im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen erfassen.

4. Kernspinresonanz-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Oberflächenspulen (9a bis 9f) zwei Spulen (41X, 41Y) aufweist, die hochfrequente Magnetfelder mit etwa senkrecht zuein ander verlaufenden Richtungen erfassen.

5. Kernspinresonanz-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Oberflächenspulen (9a bis 9f) drei Spulen (51x, 51y, 51z) aufweist, die hochfrequente Magnetfelder mit etwa rechtwinklig zueinander ver laufenden Richtungen erfassen.

6. Kernspinresonanz-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung des Werts Q einen Vorverstärker mit einer geringen Eingangsimpedanz aufweist.

7. Kernspinresonanz-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung des Werts Q einen rückgekoppelten Verstärker aufweist.