DE69720498T2 - Verfahren zur reduktion der "totzeit" in einem gerät der magnetischen resonanz - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes magnetisches Resonanzverfahren, bei dem die Totzeit einer magnetischen Resonanzvorrichtung wesentlich verkürzt oder vorzugsweise beseitigt wird. Die Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung mit magnetischen Resonanz-Bildgebern und -Spektrometern.
• Die Erfindung kann für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Relaxionszeiten T&sub1; und/oder T&sub2; im Submikrosekundenbereich liegen. Die Erfindung eignet sich besonders gut für die gepulste elektronen-paramagnetische Resonanz (Electron Paramagnetic Resonance - EPR) bei einer Hochfrequenz im Bereich von 220 MHz zur Detektion freier Radikale in biologischen Systemen. Es versteht sich jedoch, dass die Anwendbarkeit sehr weit gefasst ist, und dass die Erfindung beispielsweise für die gepulste NMR- (nuclear magnetic resonance: kernmagnetische Resonanz bzw. Kernspinresonanz)-Abbildung von Festkörpern eingesetzt werden kann, wo die Relaxionszeiten unter 10 us betragen können.
• Die Dauerstrich- (continous wave - CW)-Hochfrequenz (radio frequency - RF)- (100- 300 MHz) EPR ist in zahlreichen Labors entwickelt worden, z. B. für die Detektion und Abbildung freier Radikale in kleinen Ratten. Derzeit weist diese Technik einige Einschränkungen unter in vivo-Bedingungen auf, beispielsweise die eingeschränkte Empfindlichkeit (5-50 uM) und die langsame Erfassungsrate, die typischerweise 5 min. beträgt, um ein zweidimensionales (2D)-Bild zu erhalten.
• Mit der Anwendung gepulster EPR-Techniken werden die derzeitigen Einschränkungen überwunden. Im Gegensatz zu NMR verläuft die Entwicklung der gepulsten EPR sehr langsam. Der Hauptgrund ist, dass die Elektronenspin-Relaxionszeiten (T&sub1; und T&sub2;) um Größenordnungen kürzer (100 ns bis 10 us) sind als die typischen Kernrelaxionszeiten (10 ms bis 1 s). Diese kürzeren Relaxionszeiten bedeuten für die experimentellen und technischen Bedingungen extreme Anforderungen wie Impulsdauer, Impulsleistung, Instrumenten-Totzeit und digitale Elektronik-Hardware. Erst im letzten Jahrzehnt ungefähr sind im X-Band (9 GHZ) arbeitende gepulste EPR- Instrumente vorgeschlagen und erst seit ganz kurzer Zeit handelsüblich verfügbar geworden.
• Ein gepulstes EPR-Spektrometer, das speziell für Bildgebungsanwendungen entwickelt wurde und bei 300 MHz arbeitet, wurde von Bourg et al. in J. Magnetic Resonance B, 102, 112 (1993) vorgeschlagen. Bei der Ausführung dieses Instruments wurde die klassische NMR-Duplexkonfiguration - ein kleiner Spulen-Sender/- Empfänger mit passivem Empfängerschutz - angewendet. Es wurde eine sehr kleine Magnetspule (Spule mit 4 Wicklungen, 8 mm Durchmesser) verwendet. Dies stellte einen sehr hohen Leistungsfaktor β der Spule sicher, der definiert ist als: β = (B1/ P), wobei B&sub1; die Amplitude des Hochfrequenzmagnetfeldes und P die an der Spule liegende Leistung ist. Das Gerät ermöglichte den Betrieb mit einer sehr kleinen Probe ( 2 ml) und bei niedrigen Hochfrequenzleistungspegeln und folglich wurde eine kurze Instrumenten-Totzeit (TD) erzielt.
• Leider ist die von Bourg et al. verfolgte Ausführung für große Proben (10 bis 100 ml) nicht geeignet. In der Tat nimmt der Leistungsfaktor des Resonators mit dem Probenvolumen ab, was die Anwendung einer hohen Hochfrequenzleistung erfordert. Da die Totzeit mit der Hochfrequenzleistung zunimmt, kann es sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich werden, das Free Induction-(FID)Signal einer paramagnetischen Spezies mit kurzen Relaxionszeiten zu detektieren. Dies stellt eine erhebliche instrumententechnische Einschränkung für die Entwicklung der gepulsten EPR dar und mindert die potentialen biologischen Anwendungen der Technik. Ein ähnliches Problem stellt sich bei der kernmagnetischen Resonanzvorrichtung für Festkörper.
• Magnetische Resonanz-Bildgebungsvorrichtungen und Spektrometer sind mit einer Reihe Nachteile behaftet, die die Bilder und Signale verschlechtern. Um einwandfreie Signale und einen guten Rauschabstand (signal-to-noise ratio (SNR)) zu erzielen, sind eine rasche Anlegung der Hochfrequenzpulse, eine hohe Hochfrequenz- Eingangsleistung und effiziente Resonatoren erforderlich. Zusätzlich sind rasche Datenerfassung und elektronische Verarbeitung sowie eine kurze Instrumenten-Totzeit äußerst wünschenswert. Die Totzeit eines Instruments schränkt seine Fähigkeit ein, irgendwelche Ereignisse vor seiner Erholung zu detektieren. Folglich ist ein Instrument während seiner Totzeit nicht in der Lage, irgend etwas Sinnvolles zu detektieren.
• Die Hauptquelle für die Instrumenten-Totzeit ist das Nachschwingen des Hohlraumresonators; die Totzeit (TD) eines magnetischen Resonanzinstruments kann wie folgt ausgedrückt werden:
• TD = τD·In (P*TX/PNOISE)
• wobei P*TX die zum Empfänger streuende übertragene Leistung und PNOISE das Detektorrauschen ist. τD ist die Resonator-Nachschwingzeit, die ihrerseits ausgedrückt wird als:
• τD = 1/πΔν
• wobei Δν die Bandbreite des Resonators ist.
• Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, die Totzeit zu verringern. So kann beispielsweise die Bandbreite (Δν) des Resonators durch Verringerung des Qualitätsfaktors (Q) vergrößert werden. Dies bringt jedoch die Verringerung der Empfindlichkeit mit sich und da eine höhere Senderleistung erforderlich ist, kann mehr Leistung zum Empfänger streuen. Ein Überkoppeln des Resonators führt zwar zur Verringerung der Totzeit, aber auch zu Oberwellen und Interferenzen aufgrund reflektierter Wellen. Solche Interferenzen können Verstärker beschädigen und es besteht die Gefahr, dass mehr Leistung in die Empfängerspule streut. Es ist bekannt, dass die Nachschwingzeit eines Resonators durch ein kurzzeitiges Umkehren des RF-Impulses (d. h. eine Phasenverschiebung um 180º) am Ende des Hauptpulses verkürzt werden kann. Dieser 'Lösch'-Impuls resultiert darin, dass das Mikrowellenmagnetfeld B&sub1; im Hohlraumresonator nicht zu null tendiert, sondern zu einem negativen Wert im Rotationsrahmen mit der gleichen Zeitkonstante. Während dieses Prozesses geht B&sub1; durch den Wert null. Wird der Löschimpuls genau im Moment des Nulldurchgangs abgeschaltet, bleibt im Hohlraumresonator keine Energie zur Abstrahlung übrig. Diese Technik resultiert daher in einer zumindest teilweisen Aufhebung des Nachschwingens des Resonators, aber ihre Wirkungen sind beschränkt. Die US 3 768 003 offenbart in ihrem Hintergrundabschnitt einen Ansatz zur Verringerung der Totzeit, bei dem eine Blindspule in einer Brückenkonfiguration mit einer Signalspule verwendet wird. Die zweiteilige Form des Hauptanspruchs gibt die Offenbarung dieses Dokuments wieder. Die US 5 068 611 offenbart eine Anordnung mit einem Spulenpaar, mit der versucht wird, externe Rauschfehlersignale durch Verarbeiten einer im 90º verschobenen Version des von einer Spule abgeleiteten Signals zusammen mit dem Signal von der anderen Spule zu beseitigen. Die Probleme der Verringerung des Nachschwingeffekte der Spule oder der Totzeit werden nicht angegangen.
• Alternativ kann die elektronische Ausrüstung zur Verkürzung der Totzeit verbessert werden, womit jedoch nur auf die Symptome der verlängerten Totzeit, aber nicht auf die Ursache gezielt wird. Folglich wird die Technik stets mit einer Einschränkung behaftet sein.
• Die vorliegende Erfindung entstand in dem Bemühen, dem Problem der Totzeit in magnetischen Resonanzvorrichtungen an seiner Wurzel beizukommen, statt zu versuchen, die Symptome zu beseitigen.
• Die vorliegende Erfindung stellt deshalb ein Verfahren nach Anspruch 1 bereit.
• Vorzugsweise wird das erste RF-Signal invertiert und dann mit dem zweiten RF-Signal kombiniert, um das Differenzsignal zu bilden. Die Relativamplitude zwischen dem ersten und zweiten RF-Signal kann abgeglichen werden.
• Die Subtraktion des einen Signals vom anderen verkürzt die Zeit, die die übertragene RF-Impulsenergie benötigt, um den Rauschpegel oder einen vorgegebenen festen Pegel zu erreichen, erheblich. Dies ermöglicht das Einschalten nur eines Kanals oder zweier Kanäle gleichzeitig und dadurch das selektive Detektieren des FID-Signals wesentlich früher als vorher. Der Effekt ist, dass die Totzeit verkürzt oder vorzugsweise beseitigt wird. Folglich kann die Erfindung bei EPR oder Festkörper-NMR angewendet werden, wo Relaxionszeiten (T&sub1;, T&sub2;) in der Größenordnung von 100 ns bis 10 us vorliegen.
• Dem Anlegen des RF-Erregerimpulses kann das Anlegen eines RF-Impulses mit umgekehrter Phase folgen. Dieser zweite RF-Impuls hat den vorteilhaften Effekt, dass die Totzeit weiter verkürzt wird.
• Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird mindestens eine der ersten und zweiten RF-Empfängerspulen zum Anlegen des RF-Erregerimpulses verwendet.
• Bei einer alternativen Form der Erfindung werden getrennte Spulen als die RF- Senderspule sowie die erste und zweite RF-Empfängerspule verwendet, wobei alle drei Spulen senkrecht zueinander angeordnet sind.
• Die Vorrichtung wird vorzugsweise auf eine Frequenz in der Größenordnung einiger hundert MHz abgestimmt und ist zur Aufnahme von Proben in der Lage, deren Größe typischerweise im Bereich von 10 ml bis zu einigen hundert Millilitern liegt. Weitere Einzelheiten der Sende- und Empfangsspulen (TX/RX) finden sich nachstehend wie auch experimentelle Ergebnisse, die den Nutzen der TX/RX mit CW- und gepulster EPR-Spektroskopie zeigen.
• Nunmehr werden nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
• Fig. 1 Ansichten in Diagrammform zweier Ausführungsformen der Erfindung; dabei ist (b) eine Duplexkonfiguration, (d) eine kreuzweise gekoppelte Spulenkonfiguration; außerdem sind entsprechende Versionen nach dem Stand der Technik jeder Konfiguration in (a) bzw. (d) dargestellt;
• Fig. 2 ein Schaltschema der in Fig. 1(b) dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform (Duplexkonfiguration);
• Fig. 3 ein Schaltschema der in Fig. 1(d) dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform (kreuzweise gekoppelte Spulenkonfiguration);
• Fig. 4 eine schematische Ansicht einer kreuzweise gekoppelten Spulenanordnung, die in Diagrammform einen TX-Schleifen-Spalt-Resonator, sattelförmige RXS- und RXR- Resonatoren, eine Hochfrequenzabschirmung und eine mechanische Tragstruktur darstellt;
• Fig. 5 Graphen der Messwerte: (a) Reflexionskoeffizient (S&sub1;&sub1;) des TX-Schleifen-Spalt- Resonators, (b) Isolation (I) nur des RXR-Resonators, (c) Isolation nur des RXS- Resonators, (d) phasenverschobene Kombination des RXS- und RXR-Resonators und (e) gleichphasige Kombination des RXS- und RXR-Resonators;
• Fig. 6 einen Graphen der gemessenen Größen: (a) TX-RF-Impuls, (b) Abklingen des RF-Impulses bei Einkanaldetektion nur mit RXS (oder nur RXR) und (c) Abklingen des RF-Impulses mit phasenverschobener Zweikanalkompensation gemäß der Erfindung;
• Fig. 7 einen Graphen der gemessenen EPR-Signale über der Magnetfeldstärke mit einem EPR-Spektrum für eine Probe eines freien Radikals, erhalten im CW-Modus bei 220 MHz, wobei in
• (a) der RXS-Kanal und in (b) der RXR-Kanal der Empfänger ist;
• Fig. 8 einen Graphen der EPR-gepulsten Detektion des FID von Lithiumphthalocyanin (10&sup4; Impulse, gemittelt über 30 s) mit einer TX/RX-Baugruppe, abgestimmt auf 220 MHz bei 8,2 mT; und
• Fig. 9 ein Impulsdiagramm, das ein Beispiel einer Impulssequenz und diagrammartig den vorteilhaften Effekt der Erfindung darstellt.
• In Fig. 2 ist eine Duplexkonfiguration des Senders/Empfängers der Erfindung dargestellt. Die beiden Spulen L&sub1; und L&sub2; stehen senkrecht zueinander und dienen beide zum Senden und Empfangen von RF-Signalen mittels einer herkömmlichen passiven Sende-/Empfangsschaltanordnung zum Trennen des Senders vom Empfänger zu jeder gegebenen Zeit. Wie dargestellt wird ein &sub1;-Phasenschieber 21 als 90º-Schieber verwendet, um dafür zu sorgen, dass die beiden Spulen phasengleich senden, und ein Dämpfungsglied 19 dient zum Ausgleichen der gesendeten Signale. In der Empfängerschaltung ist ein &sub2;-Phasenschieber 20 ein 180º-Schieber zum Invertieren des von L&sub1; empfangenen Signals, während ein Dämpfungsglied 17 zum Ausgleich der Amplituden der empfangenen Nachschwingsignale dient. 18a und 18b sind rauscharme Vorverstärker, während ein Leistungskombinierer 22 das kombinierte Signal zu einem Empfänger 24 schickt, wo es zu einem Bild verarbeitet werden kann. Es ist natürlich auch möglich, das RF-Signal über nur eine Spule (L&sub1; oder L&sub2;) anzulegen und dann auf Empfang über beide Spulen zu schalten.
• Zur Verbesserung der Isolation zwischen Sender und Empfänger wird eine kreuzweise gekoppelte Spulenkonfiguration (siehe Fig. 3) bevorzugt, bei der eine drifte RF- Spule als Sender vorgesehen ist, und die beiden Spulen L&sub1; und L&sub2; nur als Empfängerspulen verwendet werden. Eine ausgeprägte Isolation wird durch Anordnung der Empfängerspulen senkrecht zum RF-Senderresonator erreicht.
• Nunmehr sei auf Fig. 3 verwiesen, in der eine magnetische Resonanzvorrichtung 10 des TX/RX-Typs dargestellt ist. Eine kreuzweise gekoppelte Spulenkonfiguration mit einem getrennten Sender-(TX)-Resonator und einem Empfänger-(RX)-Resonator weist einen RF-Impulsgenerator 12, eine TX-Resonatorspule 14, eine Zweikanal-RX- Resonatorspule 16 und ein variables RF-Dämpfungsglied 17 auf. Außerdem sind rauscharme Vorverstärker 18a und 18b sowie ein 180º-Phasenschieber 20 dargestellt. Ein Leistungskombinierer 22 kombiniert die Signale von den beiden Verstärkern 18 und sendet das kombinierte Signal an den Empfänger 24, von wo aus es verarbeitet wird. Die beiden getrennten Spulen 14 und 16 (TX und RX) stehen geometrisch senkrecht zueinander und sind auf die gleiche Frequenz abgestimmt. Dies sorgt für eine ausgeprägte Isolation (30-40 dB) zwischen TX und RX mit einer sich daraus ergebenden Verkürzung von TD. Eine ähnliche Ausführung wurde in den Anfangsjahren der NMR-Spektroskopie von J. A. Pople, W. G. Schneider und H. J. Bernstein in 'High Resolution NMR', McGraw Hill (1959), in jüngerer Zeit unter dem Titel 'CW NMR Imaging of Solids' von D. J. Lurie et al. in der internationalen Patentanmeldung WO- A-97/07412 und unter dem Titel 'EPR' von G. A. Rinard et al., Proceedings 19th Inst. EPR Symposium, Abstract Nr. 147, Denver, USA, 21. - 26. Juli (1996) vorgeschlagen.
• Die RX-Spule weist zwei identische Spulen 16a und 16b auf, die geometrisch senkrecht zueinander stehen, und die B&sub1;-Felder beider Spulen sind senkrecht zum TX-Feld angeordnet. Im Prinzip haben die beiden Empfängerspulen identische RF-Parameter, d. h. Resonanzfrequenz (f&sub0;), Qualitätsfaktor (Q), Bandbreite (Δν), Nachschwingzeit (τD). Eine der beiden Empfängerspulen 16a steht senkrecht zum Hauptfeld und dient als Empfänger (RXS) für das FID-Signal der paramagnetischen (oder nuklearen) Sonden; die andere Empfängerspule 16b (RXR) ist parallel zum Hauptfeld angeordnet und dient zur Verkürzung der Nachschwingzeit des Instruments.
• Die von den beiden Spulen 16a und 16b (RXS und RXR) erzeugten Nachschwingspannungen werden als identisch angenommen, da sie auf gleiche Weise durch denselben Leistungsimpuls von der TX-Spule 14 erregt werden. Diese Annahme ist sinnvoll, da die Isolation zwischen den beiden Spulen 16a und 16b typischerweise 20 bis 40 dB beträgt. Wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt wird der Ausgang der RXS verstärkt und mit einem Eingang eines Leistungskombinierers verbunden, wodurch das FID erzeugt wird, während der Ausgang der RXR um 180º phasenverschoben, verstärkt und schließlich mit dem anderen Eingang des Leistungskombinierers verbunden wird. Am Ausgang des Leistungskombinierers 22 liegt eine sehr ausgeprägte Verkürzung der Totzeit (TD) als Ergebnis der phasenverschobenen Aufhebung der Nachschwing-Abwärtsspannung der beiden RX-Spulen 16a und 16b vor. Die von RXS und RXR erzeugten FID's haben jedoch eine 90º Phasenverschiebung, da die beiden Empfängerspulen 16a und 16b geometrisch senkrecht zueinander stehen, und die Kombination wird nicht aufgehoben. Zur Vereinfachung des Betriebs ist die RXR- Spule 16b in der dargestellten Ausführungsform parallel zum magnetischen Hauptfeld B&sub0; ausgerichtet und detektiert deshalb kein FID-Signal, aber das System funktioniert bei jeder Ausrichtung der TX/RX-Spulen bezüglich des Hauptfeldes.
• Als Beispiel wird eine Prototypen TX/RX-Baugruppe mit einigen vorläufigen Experimenten beschrieben, die bei CW- und gepulstem EPR bei 220 MHz durchgeführt wurden, wobei speziell auf Fig. 3 bis 9 verwiesen wird.
Ausführung des TX-Abschnitts
• Der in Fig. 3 schematisch dargestellte TX-Abschnitt hat eine RF-Quelle 12 (Hewlett Packard Modell HP8640B, nicht dargestellt), die ein mit dem TX-Impulsschalter (Mini- Circuit, ZYSWA-2-50DA, nicht dargestellt) verbundenes 220 MHz-Signal erzeugt. Die Schaltung wird vom Hauptimpulsgenerator (TaborTM Electronics, Modell 8600, nicht dargestellt) gesteuert. Der RF-Impuls (Mindestbreite 15 ns) wird von einem Hochleistungsverstärker (Mini-Circuit, ZHL-5 W-1, nicht dargestellt) auf 40 dB verstärkt, was eine Ausgangsleistung von 4 W eff. ergibt. Diese Leistung wird mit einer Kreuzdiodenschaltung des NMR-Typs (Philips, BAW62, nicht dargestellt) mit einer auf 220 MHz abgestimmten λ/4-Leitung verbunden, die eine Schwellengrenze zur Entfernung des TX-Rauschens (mim. 60 dB) und der abfallenden Flanke des Senderimpulse bereitstellt. Eine derartige Schaltung ist ausführlich von P. Mansfield und P. G. Morris in 'NMR Imaging in Biomedicine', Suppl. 2, Advances in Magnetic Resonance, Academic Press 1982, S. 281, beschrieben worden. Die gepulste Leistung wird über einen Phasenschieber (nicht dargestellt) mit einem Schleifen-Spalt-TX-Generator verbunden. Die Funktion des Phasenschiebers ist die Optimierung der Abstimmung/Anpassung des TX-Resonators mit der/an die Quelle.
• Der TX-Resonator 14 (siehe fig. 4) ist ein Einschleifen-Vierspalt-Resonator, z. B. von dem Typ, der von W. Froncisz und J. S. Hyde in J. Mag. Res., Bd. 47 (1982) auf Seite 515 beschrieben wurde, und hat einen Durchmesser von 59 mm und eine Länge von 20 mm. Der Resonator wird von einer Messingabschirmung 28 (Fig. 4) aufgenommen, die einen Innendurchmesser von 75 mm und eine Länge von 90 mm hat. Die induktiven Elemente dieses bestimmten Resonators bestehen aus vier Streifen (20 · 44 · 0,076 mm) Haftkupfer (RS Components, UK). Vier identische Chip-Kondensatoren mit hohem Qualitätsfaktor (Q) (Murata Inc., USA) von 36 pF werden zur Abstimmung des Resonators auf 220 MHz verwendet. Die Verwendung eines Trimmerkondensators von 5530 pF (Q > 500) erlaubt die Abstimmung des Resonators über einen Bereich von 14 MHz. Der Resonator hat einen Qualitätsfaktor (QTX) von 170 im unbelasteten und leeren Zustand, wobei QTX bei einer 55 ml-Probe physiologischer Kochsalzlösung gleich 100 ist. Der TX-Resonator mit der RF-Quelle durch ein Standard-λ/4-Triaxialsymmetrierglied und ein symmetrisches kapazitives Netz (C. N. Chen und D. I. Hoult'Biomedical Magnetic Resonance Technology', IOP Publishing, UK 1989) gekoppelt.
Ausführung des RX-Abschnitts
• Der Empfängerresonator besteht aus zwei identischen Paaren Sattelspulen 16a und 16b wie in Fig. 4 dargestellt. Die beiden Abschnitte des Resonators (RXS und RXR) sind senkrecht angeordnet und dienen zur Verkürzung der Totzeit von RX wie nachstehend dargestellt. Ein TEFLON®-Rohr (nicht dargestellt) mit einem Durchmesser von 36 mm wird für den Aufbau des RXS- und RXR-Abschnitts des Resonators verwendet. Jeder Sattel besteht aus Haftkupferstreifen (RS Components, UK) mit einer Breite von 4 mm. Die Winkelöffnung des Sattels beträgt 82º und die Länge 50 mm. Die beiden Teile jedes Sattelpaares sind mittels eines 35 mm-RG176-Kabels parallel geschaltet. Am Ende des Kabels gestattet ein Trimmerkondensator (357 pF) mit hohem Q die Feinabstimmung des Resonators auf 220 MHz. Wie beim TX-Resonator werden ein Standard-λ/4-Triaxialsymmetrierglied und ein symmetrisches kapazitives Netz zur Kopplung jeder der beiden Empfängerspulen verwendet. Der Qualitätsfaktor (QRX) der leeren Empfängerresonatoren im unbelasteten Zustand beträgt 105 und nach dem Einbringen von 55 ml physiologischer Lösung 35. Der Ausgang des RXS wird von einem rauscharmen Vorverstärker (Mini Circuit, MAN-1-HLN) verstärkt und mit einem Eingang eines Leistungskombinierers (Mini Circuit, ZFSCJ-2-1) verbunden. Der Ausgang des RXR wird vor der Vorverstärkung und der Verbindung mit dem anderen Eingang des Leistungskombinieers mit einem 180º-Phasenschieber verbunden. Ein stufenlos variables RF-Dämpfungsglied wird nach der RXS-Spule eingefügt, um das Ungleichgewicht zwischen den beiden empfangenden Kanälen zu verringern.
• Für die Prototypenbaugruppe wurde ein Netzwerkanalysator (HP8753A) zum Messen der Isolation zwischen den TX/RX-Spulen verwendet, wobei 55 ml physiologische Lösung in den Resonator eingebracht worden waren. Der TX-Schleifen-Spalt-Resonator (loop-gap resonator (LGR)) wurde als Sender verwendet, und die Isolation wurde nur mit dem RXR-Empfänger gemessen (Fig. 5b). Alternativ kann die RXS-Spule wie in Fig. 5c dargestellt oder eine phasenverschobene Kombination von XRS und RXR (Fig. 5d) verwendet werden. Unter diesen Bedingungen wurde eine deutliche Erhöhung der Isolation (40-50 dB) bei Resonanzfrequenz innerhalb einer Bandbreite einiger weniger MHz beobachtet. Zum Vergleich ist in Fig. 5e die mit der phasengleichen Kombination von RXS und RXR gemessene Isolation dargestellt.
• Der Ausgang des Leistungskombinierers 22 wurde mit einem RF-Schalter (Mini- Circuit, ZYSWA-2-50D) verbunden, verstärkt (70 dB) und von einem symmetrischen Mischglied (Mini-Circuit, ZAD-1) detektiert, dessen lokaler Oszillatoreingang über einen Leistungsteiler (Mini-Circuit, ZFSC-2-2) von einer RF-Quelle erhalten wurde. Der Ausgang des Mischgliedes wurde mit einem digitalen Oszilloskop (Tektronix, TDS 540) beobachtet. Unter diesen Bedingungen wurde das Abklingen der RF-Impulses in der TX/RX-Baugruppe gemessen. Ein RF-Impuls hoher Leistung (4 Weff.) mit einer Länge von 400 ns wurde an den TX-Resonator gelegt (Fig. 6). Der dargestellte Impuls wurde einer Phasenumkehr (180º Verschiebung) unterworfen, um die Totzeit weiter zu verkürzen. Das Nachschwingen wurde mit Einkanaldetektion unter Verwendung nur des RXS (Kurve b in Fig. 6) sowie mit phasenverschobener Zweikanalkombination unter Verwendung von RXS und RXR beobachtet (Kurve c). Wie die experimentellen Egebnisse zeigen, wird mit der Zweikanaldetektion eine erhebliche Verkürzung der Totzeit erreicht.
Dauerstrich-(CW)-EPR-Detektion bei 220 MHz
• Um die Gleichwertigkeit des von den beiden Empfängerkanälen RXS und RXR detektierten EPR-Signals aufzuzeigen, wurden Experimente mit einem im CW-Modus arbeitenden RF-Spektrometer durchgeführt. Der auf 220 MHz abgestimmte TX-Schleifen- Spalt-Resonator wird als Sender verwendet. Als Empfänger dient entweder ein RXS- oder ein RXR-Kanal. Da keine automatische Frequenzsteuerung (Automatic Frequency Control (AFC)) eingesetzt wurde, sind die gemessenen Spektren eine Mischung aus Absorptions- und Dispersionskomponenten. Es wurde eine Probe DPPH (α,α'- Diphenyl-β-Picrylhydrazyl) verwendet und wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, liegen die beiden Spektren (a und b) so nah beieinander, dass sie praktisch gleichwertig sind.
Gepulste EPR-Detektion bei 220 MHz
• Vorläufige Ergebnisse der gepulsten EPR wurden unter Verwendung einer auf 220 MHz abgestimmten TX/RX-Baugruppe erhalten. Eine in einem kleinen Zylinder befindliche Probe aus 1,5 g Lithiumphthalocyanin-(LiPtc)-Pulver, dem zuvor der Sauerstoff entzogen wurde, die in ein 50 ml physiologische Kochsalzlösung enthaltendes Proberöhrchen eingeführt wurde, wurde verwendet. Die gemessene Linienbreite des LiPtc beträgt ca. 0,02 mT. Fig. 8 zeigt ein FID-Signal, das bei einem dem Resonanzwert sehr nah gewählten Hauptfeld erhalten wurde. Obwohl es sich hier um vorläufige Ergebnisse handelt, wurde ein guter Rauschabstand beobachtet, als der Resonator mit einem großen Volumen Salzlösung geladen war.
• Im Impulsdiagramm von Fig. 9 ist das herkömmliche 'Nachschwingen' des B&sub1;-Feldes des Senders dargestellt, was bedeutet, dass nur FID-Signale mit relativ langen T&sub2;- Zeiten gemessen werden können. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung können jedoch FID-Signale mit erheblich kürzeren T&sub2;-Zeiten (wie das in der Figur gezeigte T&sub2;'-Abklingen) detektiert werden. T&sub2;' hat eine so kleine Größe, dass unter Verwendung einer herkömmlichen Vorrichtung das FID-Signal während der Instrumenten- Totzeit im Wesentlichen auf null ( 5 T&sub2;') abgeklungen ist.
• Bei den oben dargestellten Ausführungsformen sind die beiden RF-Empfängerresonatoren zueinander senkrecht angeordnet, obwohl dies nicht zwingend ist, vorausgesetzt, sie sind zur Detektion von Feldern in zueinander nicht parallelen Richtungen angeordnet, damit die Unterscheidung des FID-Signals durch die Kombination der empfangenen Signale erreicht werden kann.
• Die obige Ausführungsform ist nur beispielhaft beschrieben worden und es versteht sich, dass Variationen davon vorgenommen werden können, ohne vom Gültigkeitsbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

1. Verfahren zur magnetischen Resonanz-Untersuchung eines Objekts, umfassend die Schritte:

Anlegen eines statischen Magnetfeldes an das Objekt;

Anlegen eines RF-Erregerimpulses an das Objekt;

Erfassen der RF-Antwort von dem Objekt nachdem der RF- Erregerimpuls abgeklungen ist, wobei die RF-Antwort als ein erstes RF-Signal (RXS) mittels einer ersten RF-Empfängerspule (16a) und als ein zweites RF-Signal (RXR) mittels einer zweiten RF-Empfängerspule (16b) erfasst wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste und die zweite RF-Empfängerspule im Wesentlichen identisch sind, eine im Wesentlichen identische Nachschwing(Ringing)Charakteristik besitzen, jeweils das Objekt umgeben und geometrisch in relativ zueinander nicht parallelen Richtungen angeordnet sind; und

wobei das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Ausgangssignal zur Verfügung gestellt wird, das die Differenz zwischen dem ersten RF-Signal und dem zweiten RF-Signal darstellt, wobei das Ausgangssignal im Wesentlichen frei von Nachschwingeffekten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste RF-Signal invertiert wird und anschließend mit dem zweiten RF-Signal kombiniert wird, um das Differenzsignal zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativamplitude zwischen dem ersten und zweiten RF-Signal zur optimalen Auslöschung des Nachschwingens abgeglichen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anlegen des RF-Erregerimpulses das Anlegen eines RF-Impulses mit umgekehrter Phase folgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite RF-Empfängerspule zum Anlegen des RF-Erregerimpulses verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des RF-Erregerimpulses in der Größenordnung einiger hundert MHz liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule zwischen einem Sendemodus und einem Empfangsmodus geschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als eine RF-Senderspule und als die erste und die zweite RF-Empfängerspule getrennte Spulen verwendet werden, wobei sämtliche drei Spulen senkrecht zueinander angeordnet sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, beinhaltend das zur Verfügung Stellen eines Bildes auf der Grundlage des Ausgangssignals mittels der Technologie der Kernspinresonanz (NMR).

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, beinhaltend das zur Verfügung Stellen eines Bildes auf der Grundtage des Ausgangssignals mittels der Technologie der Elektronen-paramagnetischen-Resonanz (EPR).