FI73321B - Foerfarande foer kartlaeggning av de kaernmagnetiska egenskaperna hos ett undersoekningsobjekt. - Google Patents

Description

73321

Menetelmä tutkittavan kohteen ydinmagneettisten ominaisuuksien kartoittamiseksi. - Förfarande för kartläggning av de kärnmagnetiska egenskaperna hos ett undersökningsobjekt.

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tutkittavan atomin ytimen ydinmagnetismin relaksaa-tioajan T^*P paikallisen jakautumisen selvittämiseksi kolmiulotteisessa kohteessa kuten esim. ihmiskehossa tai puunrungossa.

10

Ydinmagneettisen resonanssi-ilmiön olemassaolo todistettiin kokeellisesti vuonna 1946 kahden tutkimusryhmän toimesta (Pound, Purcell, Torrey ja Bloch, Hansen, Packard). Tämä havainto johti nopeasti ilmiön laajaan soveltamiseen fy-15 silkan ja orgaanisen kemian aloilla.

Kaikilla ytimillä, joilla on pariton lukumäärä protoneja tai neutroneja on nollasta poikkeava impulssimomentti eli spin. Ytimillä on myös positiivinen sähköinen varaus, 20 joka yhdessä ytimen spinin kanssa synnyttää ytimelle magneettisen momentin, jonka suunta yhtyy ytimen spinin akselin suuntaan. Ytimen magneettisen momentin synnyttämää kenttää voidaan approksimoida magneettisen dipolin kentällä. Jos näyte, joka sisältää suuren määrän ytimiä asete-2 5 taan staattiseen magneettikenttään, pyrkivät ytimien magneettiset momentit suuntautumaan ulkoisen magneettikentän suuntaisiksi ja näytteelle syntyy ulkoisen magneettikentän suuntainen nettomagnetisaatio. Nettomagnetisaation suuruus on verrannollinen näytteessä olevien ytimien lu-30 kumäärään ja ulkoisen magneettikentän voimakkuuteen. Ytimien suuntautumista häiritsee ytimien lämpöliike, joten magnetisaation suuruuteen vaikuttaa myös näytteen lämpötila: Lämpötilan noustessa magnetisaatio pienenee. Kvanttimekaanisesti voidaan tapahtumia kuvata siten, että ul-35 koinen magneettikenttä synnyttää ytimen spinkvanttiluvus-ta (I) riippuvan määrän energiatasoja, joille ydin voi tietyllä todennäköisyydellä asettua. Vetyatomin ytimen 2 73321 eli protonin spinkvanttiluku I = 1/2 joten protoni voi asettua kahteen energiatasoon joko siten, että sen magneettisen momentin suunta on sama kuin ulkoisen magneettikentän suunta tai tämän suunnan vastainen. Näistä kah-5 desta ensinmainittu on todennäköisempi ja energiatasojen miehityssuhteet noudattavat nk. Boltzmannin jakautumaa. Siirtyäkseen energiatasolta toiselle ydin joko vastaanottaa tai luovuttaa energiakvantin tietyn taajuisena sähkömagneettisena säteilynä. Säteilyn taajuuden määrää 10 energiatasojen välinen erotus, joka on suoraan verrannollinen ulkoisen magneettikentän voimakkuuteen. Tätä energiavaihtoon liittyvää taajuutta kutsutaan Larmor-taajuudeksi ja tätä ytimen ja ympäristön välistä ener-gianvaihtoa ydinmagneettiseksi resonanssi-ilmiöksi. Ydin-15 magneettisen resonanssin perusteita on käsitelty mm. seu-raavissa viitteissä: Abragam A: The principles of nuclear magnetism. London Oxford University Press., 1961 ja Slichter CP: Principles of magnetic resonance, Berlin, Springer Verlag, 1981.

20

Ydinmagneettista resonanssi-ilmiötä on tutkittu nk. jatkuvan säteilytyksen (CW, Continuous Wave) ja pulssimene-telmillä. Pulssimenetelmät on todettu CW-menetelmiä tehokkaammiksi ja ovat näin ollen käytössä YMR-spektroskopias-25 sa ja nk. ydinspinkuvauksessa. Pulssimenetelmissä näytteeseen kohdistetaan Larmor-taajuinen sähkömagneettinen pulssi, jonka pituus on määrätty siten, että näytteen ydinmagnetisaatio kiertyy halutun kulman (υ) verran ulkoisen magneettikentän suuntaan nähden. Yleensä valitaan 30 sähkömagneettisen pulssin amplitudi ja kesto siten, että (υ) on 90-asteen monikerta. Yleisesti puhutaan 90-asteen ja 180-asteen jne. pulsseista. Viritystapahtuman jälkeen perusmagneettikentän BQ suunnasta poikkeutettu nettomag-netisaatio prekessoi Larmor-taajuudella wq BQ:n suun-35 nan ympäri. Tämä on todettavissa asettamalla näytteen ulkopuolelle kela siten, että sen magneettinen akseli on kohtisuorassa BQ:n suuntaan nähden. Prekessoiva nettomag- .« ·*· .......

3 73321 netisaatio indusoi kelaan nk FID-signaalin (Free Induction Decay), joka on Larmor-taajuinen ja jonka amplitudi on verrannollinen näytteen ydinmagnetisaation voimakkuuteen eli ytimien lukumäärään ja ulkopuolisen magneettikentän 5 voimakkuuteen.

Virityksen yhteydessä ydinsysteemi vastaanottaa ulkopuolista energiaa virittävästä radiotaajuisesta kentästä ja virityksen jälkeen luovuttaa sen ympäristöönsä. Energian 10 luovutus voi tapahtua koherenttina säteilynä, joka voidaan hävitä ulkoisella kelalla tai energia voi siirtyä näytteen rakenteeseen lämpöliikkeeksi. Energian luovutuksen yhteydessä palaa näytteen nettomagnetisaatio lepoarvoonsa. Tämä prosessi on luonteeltaan eksponentiaalinen ja sitä karak--5 terisoi relaksaatioaika . Tämä relaksaatioaika on riippuvainen tutkittavan aineen rakenteesta: esimerkiksi nestemäisillä aineilla on suhteellisen lyhyt (millisekunneista sekunteihin) kun taas kiinteillä aineilla on pitkä (minuuteista viikkoihin). Näytteen lähettämän sätei-20 lyn koherenttisuus heikkenee virityksen jälkeen nopeudella, jonka määrää mm. tutkittavan aineen ominaisuudet ja ulkoisen magneettikentän homogeenisuus. Tämä aiheuttaa signaalin eksponentiaalisen vaimenemisen nopeudella, jota karak-terisoi relaksaatioaika T^ (T2 tähti) .

25 (1) 1/T2* = 1/T2 + γ X ΔΒο / (2 x π), missä T2 on näytteen spin-spin relaksaatioaika γ on gyromagneettinen suhde 30 ABq on polarisoivan magneettikentän epähomogeenisuus näytteen yli.

Relaksaatioaika T^J5 on vuorostaan ydinmagnetisaation relaksaatiota virittävässä radiotaajuuskentässä ja voidaan 35 mitata kohdistamalla näytteeseen pitkäaikainen Larmor-taajuinen säteilytys siten, että radiotaajuisen kentän vaihe on sama tai vastakkainen kuin prekessoivan yöinmag- 73321 4 netisaation vaihe.

Kaikki yllä mainitut relaksaatioajät ovat riippuvaisia ytimien välittömästä ympäristöstä ja sen vaikutuksesta.

5 Kuten edellä mainittiin näytteen olomuoto vaikuttaa re-laksaatioaikoihin mutta myös ulkoisen magneettikentän voimakkuus ja näytteen lämpötila muuttavat relaksaatio-aikoja.

10 Vetyatomin ytimen eli protonin käyttökelpoisuus lääketieteellisessä diagnostiikassa perustuu vedyn runsauteen pehmeissä kudoksissa, joissa se on pääasiassa vesimole-kyyleihin sitoutuneena. Vesimolekyyli vuorostaan poiaa-risuutensa ansiosta sitoutuu eri tavoin eri proteiini-15 ketjuihin ja tämä sitoutuminen muuttuu monesta eri syystä kuten esimerkiksi kudokseen kohdistuvan patologisen prosessin ansiosta.

Relaksaatioaikoja ja niiden muutoksia on käsitelty mm.

20 seuraavissa viitteissä: R.Damadian US PAT 3,789,832 ja Nuclear Magnetic Resonance of Intact Biological Systems, Phil Trans R Soc Lond, 289, June 1980.

25 Kiinnostus ydinmagneettisen resonanssi-ilmiön hyväksikäyttöön lääketieteessä heräsi 1970-luvun alussa. Tällöin R.Damadian julkaisi tutkimustuloksensa, joiden mukaan pahanlaatuisen kasvainkudoksen relaksaatioaika T^ on jopa kaksi kertaa pidempi kuin vastaavan normaalikudoksen.

30 Julkaisussa R.Damadian US PAT 3,789,832 on kuvattu menetelmä pahanlaatuisen kasvainkudoksen tunnistamiseksi siten, että mitattua kudoksen relaksaatioaikaa verrataan taulukoituihin relaksaatioaika-arvoihin ja siten päätellään näytteen mahdollinen pahanlaatuisuus.

Myöhemmät tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, ettei relaksaatioaikojen muuttuminen ole millekään erityiselle 35 5 73321 patologiselle tilalle spesifinen. Yleisesti voidaan kuitenkin todeta, että relaksaatioajat muuttuvat herkästi eri sairaustilojen vaikutuksesta ja niitä voidaan siis käyttää lääketieteellisessä diagnostiikassa.

5

Julkaisussa US PAT 3,789,832 on kuvattu myös eräänlainen keilauslaitteisto ihmiskehon tutkimiseen YMR:n avulla.

Tätä esitettyä ratkaisua ei voi kuitenkaan pitää minään spinkuvauslaitteena.

10

Ydinspinkuvauksen perusajatuksen julkaisi 1973 PC Lauter-bur viitteessä PC Lauterbur: Nature, 242, 190, 1973. Tässä julkaisussa hän esitti myös ajatuksen relaksaatioajän kartoittamiseen.

15

Relaksaatioaikojen mittaamiseen on kehitetty useita puls-sisekvenssejä, joista mainittakoon nk. Saturation Recovery ja Inversion Recovery sekvenssit T^:n mittaamiseksi ja Spin-Echo-sekvenssi T2:n mittaamiseksi. Näitä sekvenssejä 29 on käsitelty esimerkiksi viitteessä: Farrar TC, Becker ED: Pulse and Fourier Transform NMR - Introduction to Theory and Methods, Academic Press, New York, 1971.

Ydinspin kuvausmenetelmät voidaan jaotella karkeasti kol-25 meen luokkaan: 1. Pistekuvaus, 2. Viivakuvaus ja 3. Tilavuuskuvaus-mene-telmät.

Pistekuvausmenetelmissä tutkittava kohdealue kartoitetaan 20 liikuttamalla kohdetta tai eri teknisin tavoin aikaansaatua pistemäistä aluetta, josta YMR-signaali syntyy toisiinsa nähden. Pistekuvausmenetelmien suurin haitta on niiden hitaus, eikä niitä näin ollen käytetä lääketieteellisessä kuvantamisessa. Erikoisjärjestelyin voidaan 25 kuitenkin pistekuvausmenetelmillä saada aikaan enemmän kudosinformaatiota kuin esimerkiksi tilavuuskuvausmene-telmillä.

* * ** * ’*4^**» *·'·*«* * · « 6 73321

Pistekuvausmenetelmiä on käsitelty viitteissä:

Tanaka et ai: Proc. IEEE, voi. 66, no. 11, 1582-1583, 1978, Damadian: Offenelgungschrift 29 46 847, Moore et ai: US PAT 4,015,196, Abe: US PAT 3,932,805, Garroway et ai: 5 US PAT 4,021,726, Crooks et ai: US PAT 4,318,043, Young: UK PAT APPL. GB 2 122 753 A.

Yhdistämällä hidas pistekuvausmenetelmä ja nopea ultra-äänikuvausmenetelmä siten kuin viitteessä Sepponen: 10 FI PAT 64282 on esitetty voidaan pistekuvausmenetelmiä käyttää hyväksi lääketieteellisessä diagnostiikassa.

Viivakuvausemenetelmiä on käsitelty mm. seuraavissa viitteissä: Moore et ai: US PAT 4,015,196, Sepponen: 15 Fi PAT 58868, Garrovay et ai: US PAT 4,021,196, Crooks et ai: US PAT 4,318,043, Hutchison et ai: US PAT 4,290,019.

Myöskin viivakuvausmenetelmät ovat liian hitaita lääketieteelliseen kuvantamiseen ja niiden käyttö rajoittuukin 20 vain tiettyihin erikoistapauksiin.

Kolmiulotteisen kohteen kuvaaminen on edullisinta suorittaa käyttämällä tilavuuskuvausmenetelmiä. Kohteesta voidaan nk. selektiivisen virityksen avulla rajata tutkitta-25 va kohdealue ja suorittaa tarkempi YMR-parametrien jakautuman kartoitus. Selektiivinen viritys voidaan suorittaa kytkemällä kohteen yli viritettävän kohdealueen tasoon nähden kohtisuora magneettikenttägradientti ja moduloimalla virittävä radiotaajuinen pulssi siten, että sen 30 taajuuskaistaleveys ja gradienttikentän voimakkuus vastaavat halutun kohdealueen leveyttä.

Toinen tapa rajoittaa kohdealue on käyttää hyväksi ajallisesti muuttuvaa magneettikenttägradienttia kuten viit-35 teessä: Moore et ai: US PAT 4,015,196 on kuvattu. Myöskin on tunnettua käyttää hyväksi gradienttia virittävässä radiotaajuisessa pulssissa siten, että peräkkäisillä viri-

II

7 73321 tyskerroilla gradientin suunta muuttuu, jolloin stabiili YMR-signaali syntyy vain tasossa, jossa pulssin amplitudi on vakio.

5 Huomattavasti epätarkempi menetelmä on käyttää hyväksi lähetin- ja vastaanotinkelojen geometrisia ominaisuuksia kohdealueen rajaamiseksi ja tätä menetelmää onkin käytetty hyväksi vain silloin kun halutaan suorittaa kohteesta YMR-spektroskopisia tutkimuksia. Tämän menetelmän sovel-10 tamista on kuvattu viitteissä: Ackerman et ai: Nature 283, 167, 1980, Haase et ai: J.Magn.Reson. 56, 401-412, 1984, Bottomley et ai: Radiology, 150, 441-446, 1984.

Tilavuuskuvausmenetelmiä on kuvattu mm. viitteissä: 15 Lauterbur: Nature, 242, 190-191, 1973, Ernst: US PAT 4,070,611, Hutchison et ai: International Patent Application WO 81/02788, Sepponen: FI hak. 824343. Kuvauksen nopeuttamiseksi voidaan soveltaa menetelmiä, joita on kuvattu viitteissä: Edelstein et ai: GB 20 application 2 079 463, Mansfield: US PAT 4,165,479,

Hinsaw: Physics Letters 48A, no 2, June 3, 87-88, 1974, Likes: US PAT 4,307,343.

Ydinspinkuvausmenetelmistä voidaan erityisesti mainita 25 nk. Fourier-kuvausmenetelmät, joiden eräs versio on kuvattu viitteessä Ernst: US PAT 4,070,611. Viitteessä kuvatun menetelmän haittapuolena on se, että kerätään virityspuls-sin jälkeen syntyvä FID-signaali. Kerättävän FID-signaalin vaiheeseen koodataan yhden tai kahden kohtisuoran suunnan 30 paikkainformaatio vakioamplitudisilla mutta vaihtelevan pituisilla gradienttipulsseilla. Tämän menetelmän haittapuolena on mm. keräyshetken muuttuminen eri signaalinke-ruukerroilla, mikä aiheuttaa menetelmän herkkyyden polarisoivan magneettikentän Bq epähomogeenisuuksille ja näyt-35 teen T2 vaikuttaa siten myös kerättävään signaaliin.

Viitteessä Hutchison et ai: WO 81/02788 on esitetty eräs 8 73321

Fourier-kuvausmenetelmän muunnos, jossa synnytetään eräänlainen spinkaiku magneettikenttägradientin suuntaa vaihtamalla. Tämä spinkaiku talletetaan ja sen vaiheeseen on koodattu lukugradientin suuntaan nähden ortogo-5 naalisella gradienttipulssilla, jonka amplitudia muutetaan eri toistokerroilla. Edullisempi tapa synnyttää spinkaiku on käyttää hyväksi nk. 180-asteen refokusointipuls-sia, jolla on kyky kompensoida peruskentän epähomogeeni-suuksien vaikutusta lopulliseen kuvaan. Tämän menetelmän 10 sovellutuksia on kuvattu viitteissä: Edelstein et ai: EP 91008, Bottomley et ai: EP 98426, Hutchison et ai: Proceedings of 18th Ampere Congress, Nottingham, 1974, 283...284 ja Sepponen: FI hak. 824343. Viitteestä Brunner P: Journal of Mag. Res. 33, 83-106, (1979) on tunnettua 15 nopeuttaa kolmiulotteisen kohteen tutkimista ydinspinku-vausmenetelmillä siten, että viritys ja detektointivai-heet kohdistetaan ajallisesti peräkkäin kohteen eri osiin. Tällöin vältetään ydinsysteemin toipumisajan aiheuttama tutkimuksen pitkä kestoaika.

20

Nykyisin ydinspinkuvauksella kartoitetaan pääasiassa kohteen vedyn jakautumaa ja vetyatomin ytimen relaksaatio-aikojen T^ ja T2 jakautumia. Sen sijaan relaksaatioajän Tj/* kartoittamiseen soveltuvia menetelmiä ei ole julkises-25 ti esitetty. Selityksenä saattaa olla menetelmissä vaadittava voimakas radiotaajuinen pulssi, jonka kestoaika on suhteellisen pitkä (satoja millisekunteja). Yleisesti käytetyillä kuvauslaitteiden toimintataajuuksilla tämä johtaisi radiotaajuisen tehon absorboitumiseen tutkittavan 30 henkilön tai koe-eläimen kudoksiin, mikä saattaa aiheuttaa paikallisia lämpötilan nousuja ja muodostaa terveydellisen riskin.

Ydinspinkuvausta on kuitekin mahdollista suorittaa suh-35 teellisen matalilla kenttävoimakkuuksilla (alle 0.05T), jolloin käytettävä radiotaajuus on alle 2 MHz ja kuten tunnettua näin alhaisilla taajuuksilla radiotaajuinen

II

9 73321 sähkömagneettinen teho ei absorboidu kehon kudoksiin merkittävissä määrin.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja menetelmän mukai-5 sella laitteistolla kartoitetaan kohteen, kuten esimerkiksi ihmiskehon, puunrungon tai ravintoaineen relaksaa-tioajan :n jakautuma.

Keksinnön mukaista menetelmää ja siihen liittyvää lait- 10 teistoa on selostettu viitaten seuraaviin kuviin:

Kuva 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamista Fourier-kuvausmenetelmien yhteydessä. .

15 Kuva 2 esittää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamista projektiorekonstruktion yhteydessä.

Kuva 3 esittää menetelmän soveltamista projektiorekonstruktion yhteydessä siten, että synnytetään nk.

20 spinkaiku.

Kuva 4 esittää menetelmän soveltamista erityisesti viitteessä Sepponen FI. hak. 824343 kuvatun menetelmän yhteydessä.

25

Kuva 5 esittää menetelmän sellaista soveltamistapausta, missä kohteesta halutaan kartoittaa vain viipaleen muotoinen alue.

30 Keksinnön soveltamista nk. Fourier-kuvausmenetelmiä hyväksikäyttäen on mahdollista suorittaa esim. kuvan 1 esittämällä tavalla. Tällöin kohde viritetään edullisimmin nk. 90-asteen pulssia käyttämällä (vaihe 1 kuvassa 1) välittömästi virityspulssin päätyttyä kohteeseen suunnataan 35 virityspulssin taajuuteen nähden +90 tai -90 astetta vaihessiirretty resonanssitaajuinen pulssi, jonka amplitudi on valittu siten, että prekessoivien ytimien vaihe 10 7 33 21 lukittuu pulssin vaiheeseen. Tämä tarkoittaa sitä, että pulssin magneettikomponentin suuruus on huomattavasti suurempi kuin polarisoivan magneettikentän epähomogeni-suudet tai tutkittavan materiaalin omat magneettiset 5 epähomogenisuudet. Pulssin kesto on valittu siten, että haluttu määrä ydinsysteemin relaksoitumista pyörivän magneettikentän suuntaan nähden ehtii tapahtua ja näin syntyä haluttu kudoskontrasti (vaihe 2). Pulssin aikana ydinmagnetisaatio relaksoituu seuraavan yhtälön mukai-10 sesti: MT = MTOexp (-t/T1j>)

Koska eri kudosten ominaiset relaksaatioajan T -arvot 15 poikkeavat toisistaan saadaan rekisteröityvän signaalin intensiteettiin vaikuttamaan mainittujen erojen vaikutus.

Jotta relaksaatioajän paikallinen jakautuminen saataisiin selville on Fourier-kuvausmenetelmien mukaisesti koodat-20 tava rekisteröitävän signaalin alkuvaiheeseen paikka- informaatio magneettikenttägradienttipulsilla (vaihe 3), jonka amplitudia tai oikeammin aikaintegraalia muutetaan eri viritys- ja signaalikeruujaksojen välillä. Spinkaiun synnyttämiseksi on kohteeseen suunnattava mieluummin nk. 25 180-asteen pulssi (vaihe 4). Signaalikeruun ajaksi kohteen yli kytketään nk. lukugradientti ja syntyvä spinkai-ku SE rekisteröidään. Aikaviive vaiheiden 3 ja 5 välillä on syytä pitää lyhyenä verrattuna kohdealueen materiaalien relaksaatioaikoihin T£, jotta spin-spin relaksaatio 30 ei vaikuta T-riippuvaista kontrastia huonontavasti.

Polarisoivan magneettikentän epähomogeenisuuksien vaikutusta syntyvään kuvaan voidaan minimoida valitsemalla sekvenssin ajoitukset siten, että vaiheen 3 alkuhetken ja vaiheen 5 puolenvälin ajalliset etäisyydet mainitun 180-35 asteen pulssin ajallisesta keskikohdasta ovat yhtäsuuret. Kuvattu pulssisekvenssi toistetaan halutun monta kertaa

II

11 73321 kuvanmuodostukseen tarvittavan informaation keräämiseksi ja toistokertojen välistä viivettä kuvaa vaihe 6.

Kuvassa 2 on kaavamaisesti esitetty keksinnön mukaisen 5 menetelmän soveltamista nk. projektiokonstruktiomenetel-män yhteydessä. Kuvatussa tavassa suoritetaan ensin kohteen viritys mieluummin 90-asteen pulssia hyväksikäyttäen (vaihe 1) ja tämän jälkeen annetaan ydinsysteemin relak-soitua edellä kuvatulla tavalla lukitussignaalin vaikutuk-10 sen alaisuudessa (vaihe 2). Syntyvä FID-signaali rekisteröidään halutun suuntaisen magneettikenttägradientin vaikutuksen alaisuudessa (vaihe 3). Suorittamalla rekisteröidylle signaalille Fourier-muunnos saadaan kohteen projektio mainitun magneettikenttägradientin suuntaan nähden.

15 Mainittu toimenpidesekvenssi toistetaan tietyin aikavälein (vaihe 4) ja muuttaen samalla mainitun rekisteröintigra-dientin suuntaa kunnes riittävästi projektioita on koottu kohteen sisäisen jakautuman rekonstruoimiseksi. Kuvatun tavan etuna on, että signaaliin ei vaikuta lainkaan koh-20 teen spin-spin relaksaatio.

Kuvassa 3 on havainnollistettu keksinnön mukaisen menetelmän soveltamista projektiorekonstruktiomenetelmän yhteydessä käyttäen hyväksi spinkaikua.

25

Kuvassa 4 on havainnollistettu keksinnön soveltamista viitteessä Sepponen FI hak. 824343 kuvatulla tavalla käyttäen hyväksi vain unipolaarisia gradienttipulsseja.

30 Kuvassa 5 on havainnollistettu keksinnön mukaista menetelmää, jota sovelletaan haluttaessa kuvata vain viipalemai-nen alue kolmiulotteisesta kohteesta. Tässä sovellutuksessa joko mainittu 90-asteen virittävä pulssi tai mainittu kaiun muodostava 180-asteen pulssi tai molemmat ovat selek-35 tiivisiä. Ts. niiden aikana on kohteen yli kytketty mag-neettikenttägradientti, jonka suunta on kohtisuorassa kuvattavan viipaleen tasoon nähden.

12 7 3321

Keksinnön soveltaminen ei ole millään tavalla rajoitettu ylläkuvattuihin sovellutusmuotoihin, vaan useita eri keksinnön muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

li

Claims (7)

7 3321

1. Menetelmä tutkittavan atomin ytimen ydinmagneettiseen resonanssi-ilmiöön liittyvän relaksaationjan eli 5 ydinmagnetisaation relaksoitumiseen Larmortaajuudella värähtelevään magneettikenttään nähden liittyvän aikavakion paikallisen jakautuman määräämiseen tai tällä re-laksaatioprosessilla painotettujen ydintiheysjakautumien kartoitukseen, tunnettu siitä, että aikaansaadaan 10 seuraavat toimenpiteet: a) viritetään kohdealueen ytimet käyttämällä mieluimmin nk. 90°-virityspulssia, b) kohdistetaan tutkittavaan alueeseen Larmortaajuinen, halutun pituinen pulssi, jonka vaihe on 90° vaihesiirret- 15 tynä edeltävän virityspulssin vaiheeseen nähden ja jonka amplitudi on valittu siten, että poikkeutettu ydinmagneti-saatio lukkiutuu mainitun pulssin vaiheeseen ja jonka kesto on valittu siten, että haluttu määrä relaksaatiota värähtelevän magneettikentän magneettikomponenttiin nähden 20 tapahtuu, c) suoritetaan tarvittavat magneettikenttägradientti- ja mahdolliset viritystoimenpiteet sinänsä tunnettuja ydin-spinkuvausmenetelmiä käyttäen, jotta kerätyn signaalin avulla voidaan muodostaa ainakin osaksi mainitulla relak- 25 saatioprosessilla painotettu ydintiheysjakautuman kartoitus , d) toistetaan edellä kuvatut toimenpiteet tarvittavan monta kertaa mainitun painotetun tiheysjakautumakartan muodostamiseksi. 30

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että toistetaan mainittu toimenpidesekvenssi yhdellä tai useammalla eri vaiheessa b kohdistetun pulssin pituudella ja saatujen painotettujen ydintiheysja- 35 kautumakarttojen avulla muodostetaan laskennollisesti mainitun relaksaatioajän paikallisen jakautuman kartta. 14 73321

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ydinspinkuvausmene-telmä on nk. Fourier - tai nk. projektiorekonstruktio-menetelmä. 5

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää seuraavan toimenpidesekvens-sin: a) kohteeseen suunnataan värähtelevä magneettikenttä, 10 jonka voimakkuus ja kesto on valittu siten, että kohteen tietyn alkuaineen isotoopin ydinmagnetisaatio kiertyy edullisimmin 90°, kutsutaan tätä ensimmäiseksi viritys-pulssiksi, b) kohteeseen suunnataan Larmortaajuinen virityspulssi, 15 jonka vaihe on valittu siten, että se poikkeaa 90° mainitun ensimmäisen virityspulssin vaiheesta ja jonka amplitudi on valittu siten, että poikkeutettu ydinmagnetisaatio lukkiutuu tämän pulssin vaiheeseen ja jonka kesto on valittu siten, että haluttu määrä relaksaatiota mainitun 20 pulssin magneettivektoriin nähden tapahtuu, kutsutaan tätä toiseksi virityspulssiksi, c) kytketään kohteen yli magneettikenttägradientti ja rekisteröidään syntyvä ydinmagneettinen signaali, d) toistetaan mainittu toimenpidesekvenssi a...c muuttaen 25 vaiheessa c kytketyn magneettikenttägradientin suuntaa halutun monta kertaa, jotta halutun resoluution omaava painotettu ydintiheysjakautumakartta voidaan muodostaa nk. takaisinprojisointimenetelmää käyttäen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että toistetaan mainittu toimenpidesekvenssi a...d halutun monta kertaa muuttaen eri toistokerroilla vaiheessa b kohdistetun mainitun toisen virityspulssin pituutta siten, että voidaan muodostaa eri tavoin maini-35 tulla relaksaatioprosessilla painotettuja karttoja, joiden avulla voidaan muodostaa mainitun relaksaatioprosessin nopeutta kuvaavan suureen kuten esim. relaksaatioajän il 15 73321 Τkartta.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet- t t u siitä, että se käsittää seuraavan toimenpidesekvens-5 sin: a) kohteeseen suunnataan vaihteleva magneettikenttä, jonka voimakkuus, taajuus ja kesto valitaan siten, että kohteen tietyn alkuaineen isotoopin synnyttämä ydinmagnetisaatio kiertyy edullisimmin 90°, kutsutaan tätä ensimmäiseksi 10 virityspulssiksi, b) kohteeseen suunnataan Larmortaajuinen viritvspulssi, jonka vaihe on valittu siten, että se poikkeaa 90° mainitun ensimmäisen virityspulssin vaiheesta ja jonka amplitudi on valittu siten, että poikkeutettu ydinmagnetisaatio 15 lukkiutuu mainitun virityspulssin vaiheeseen ja jonka kesto on valittu siten, että haluttu määrä relaksaatiota mainitun virityspulssin magneettikenttävektoriin nähden tapahtuu, kutsutaan tätä toiseksi virityspulssiksi, c) kytketään kohteen yli ainakin yksi magneettikenttägra-20 dientti, jonka amplitudi ja kesto on valittu siten, että gradienttien aikaintegraali synnyttää halutun vaihekoo-dauksen syntyvän ydinmagneettisen resonanssisignaalin vaiheeseen, d) kerätään kohteesta indusoituva ydinmagneettinen reso-25 nanssisignaali, saman aikaisesti voi olla kohteen yli kytkettynä magneettikenttägradientti, jonka suunta poikkeaa vaiheessa c kytkettyjen magneettikenttägradienttien suunnasta, e) toistetaan mainittu toimenpidesekvenssi a...d halutun 30 monta kertaa muuttaen vaiheessa c kytkettyjen magneettikenttägradienttien aikaintegraaleja siten, että kerättyjen ydinmagneettisten signaalien avulla voidaan muodostaa halutun resoluution omaava mainitulla relaksaatioprosessil-la painotettu ydintiheysjakautumakartta nk. Fourier- 35 kuvausmenetelmää käyttäen.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen me- 16 73321 netelmä, tunnettu siitä, että mainittu ydinmag-neettinen resonanssisignaali on nk. spinkaiku, joka synnytetään nk. 180° refokusointipulssia tai kohteen yli kytketyn magneettikenttägradientin suunnanmuutosta hyväk-5 sikäyttäen. Il 17 ,V 73321