FI78358B

FI78358B - Foerfarande och anordning foer gestaltning av kaernmagnetisk resonans som inte paoverkas av t2*-effekter i ett heterogent statiskt magnetfaelt.

Info

Publication number: FI78358B
Application number: FI830277A
Authority: FI
Inventors: Paul Arthur Bottomley; William Alan Edelstein
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-02-03
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1989-03-31
Also published as: EP0086972B1; JPS58151545A; JPH0224135B2; DE3365200D1; FI78358C; EP0086972A1; EP0086972B2; IL67771A; FI830277A0; US4471306A; FI830277L

Description

78358

MENETELMÄ JA LAITTEISTO YDINMAGNEETTIRESONANSSIN HAHMOTTAMISEKSI , JOHON EPÄHOMOGEENISESSA STAATTISESSA MAGNEETTIKENTÄSSÄ OLEVAT T2»-EFEKTIT EIVÄT VAIKUTA - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR GESTALTNING AV KÄRNMAGNETISK RESONANS SOM INTE PÄVERKAS AV T2*-EFFEKTER I ETT HETEROGENT STATISKT MAGNETFÄLT

Keksinnön tausta Tämä keksintö kohdistuu ydinmagneettisen resonanssin (NMR) kuvausmenetelmiin. Yksityiskohtaisemmin, keksintö kohdistuu parannettuihin NMR menetelmiin, jotka voittavat luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden epämieluisat vaikutukset ja minimoivat radiojaksojen (RF) voimantarpeet.

Ydinmagneettinen resonanssi-ilmiö esiintyy atomin ytimessä jossa on pariton lukumäärä protoneja ja/tai neutroneja. Jokaisella sellaisella ytimellä on kokonaismagneettimoment-ti joka sijoitettuna staattiseen homogeeniseen magneettikenttään, B , suurehko lukumäärä ytimiä asettuu B kentän suuntaan muodostamaan kokonaismagnetoinnin, M, kentän suunnassa. Kokonaismagnetointi M on summa erillisestä ydinmag-neettimomenteista. Koska ydinmagneettinen momentti on seuraus ydinspinistä, termejä "ydinmomentti" ja "ydinspin" käytetään tässä synonyymeinä.

Magneettikentän Bq vaikutuksen aikana, ytimet (ja siten kokonaismagnetointi M) liikkuvat ekliptikan muotoisesti tai kiertävät kentän akselin ympäri. Taajuus (jaksoluku) jolla ytimet liikkuvat on riippuvainen käytetyn magneettikentän voimakkuudesta ja riippuvainen käytetyn magneettikentän voimakkuudesta ja ydinten ominaiskäyristä. Liikkumisen kul-majaksoluku, W , määritetään Larmor jaksolukuna ja on annettu yhtälöllä 1>U = γΒο (1) 2 78358 jossa Yon gyromagneettinen suhde (vakio kullekin ydintyypille) ja B0 on käytetyn staattisen homogeenisen magneettikentän voimakkuus. Jaksoluku jolla ytimet liikkuvat on täten ensisijaisesti riippuvainen magneettikentän B0 voimakkuudesta, ja suurenee kenttävoimakkuuden suuretessa.

Liikkuva ydin kykenee absorboimaan elektromagneettista energiaa. Sen elektromagneettisen energian jaksoluku, jota tarvitaan resonanssin aiheuttamiseen, on sama kuin deklinaatio-kierron jaksoluku Elektromagneettisen energian käyttämisen aikana, tyypillisesti radiojaksolukupulssi, kokonaismag-netointi M liikkuu kiertäen kauemmaksi ja kauemmaksi z-akselista (mielivaltaisesti edellytetty olemaan B0 kentän suunnassa), riippuen RF pulssin energiasta ja kestoajasta. 90° RF pulssi aikaansaa magnetoinnin M eroamaan 90° B0 kentän suunnasta x-y tasoon, joka määritetään x- ja y-akseleilla, esimerkiksi, Cartesian-koordinaattijärjestelmässä. Samalla tapaa, 180° RF pulssi aikaansaa magnetoinnin M 180° vastakkaiseen suuntaan sen alkuperäisestä suunnasta (positiivisesta z-akselin suunnasta negatiiviseen z-akselin suuntaan, esimerkiksi). Seurauksena ydinten magnetoimisesta RF energialla, absorboitu energia säteilytetään takaisin NMR signaalina samalla kun ytimet palautuvat tasapainotilaan. Energia lähetetään radioaaltoina ja myös siirretään ympäröiviin molekyyleihin.

On mahdollista erottaa NMR signaalit eri avaruuskohdissa näytettä perustuen niiden vastaaviin resonanssijaksolukuihin.

Jos yksi tai useampia riittävän voimakkaita magneettikenttä-gradiaatteja on suunnattu näytteeseen levittämään NMR sig-naalispektirä, kukin ydinspin gradientin suunnassa kokee erilaisen magneettikentän voimakkuuden ja siten resonoi eri jaksoluvuilla kuin muut ydinspinit, kuten yhtälö (1) ennustaa.

NMR signaalien avaruuskohdat määritetään Fourier analyysillä ja tuntemalla käytetyn magneettikenttägradientin muoto.

Ydinspinien palaaminen tasapainoon RF magnetoinnin seurauksena nojautuu "relaksaatioon". Relaksaatioprosessia luonnehditaan kahdella aikavakiolla, T-| ja T^, jotka molemmat ovat mittoja molekyylitason liikkeestä. ja T2:n avaruusjakau tuminen läpi näytteen tuottaa käyttökelpoisten kuvausparamet-

II

78358 3 rien lisäksi ydinmomenttien tai spinien tiheyden.

T^:tä pidetään "pitkittäisenä" tai "spin-kidehila" NMR relak-saatioaikana ja se on mitta magnetoinnin palautumisesta tasapainoon; t.s. ydinspinien pyrkimyksestä pois kentän Bq suunnasta RF magnetoinnin loputtua. Palautumisen nopeus tasapainoon riippuu siitä kuinka nopeasti energia voidaan siirtää ympäröivään materiaaliin (kidehila). voi vaihdella muuta masta millisekunnista nesteissä minuutteihin tai tunteihin kiinteissä kappaleissa. Biologisessa kudoksena tyypillinen aika-alue on 30 millisekunnista 3 sekuntiin.

T£» poikittainen relaksaatioaika tai "spin-spin" relaksaatio-aika, on mitta siitä miten kauan magnetoidut ydinspinit värähtelevät vaiheessa. RF pulssin jälkeen ydinspinit ovat vaiheessa ja kiertoliikeessä yhdessä. Jokainen ydinspin käyttäytyy kuin magneetti joka synnyttää magneettikentän joka vaikuttaa toisiin kiertäviin ytimiin läheisyydessään (spin-spin vuorovaikutus). Kun jokainen ydinmomentti täten kokee heikosti eri magneettikentät, se liikkuu eri nopeudella ja muuttaa vaihetta toisiin spineihin nähden, pienentäen havaittua NMR signaalia. Tg voi vaihdella muutamista mikrosekunneis-ta kiinteissä kappaleissa sekunteihin nesteissä ja on aina vähemmän tai yhtäsuuri kuin . Biologisessa kudoksessa alue on noin 5 millisekunnista 3 sekuntiin.

Jos staattisessa magneettikentässä Bq itsessään on olennaisia epähomogeenisuuksia (kuten usein on laita käytännön magneeteissa), nämä aiheuttavat lisäksi vaiheenmuutoksen joka nopeuttaa NMR signaalin vaimenemista. Tämä johtuu siitä, että ydinspinit eri avaruuskohdissa on säteilytetty hiukan erilaisiin magneettikenttäarvoihin ja siksi resonoivat hiukan erilaisilla jaksoluvuilla. Tämä uusi relaksaatioaika, joka sisältää magneettiepähomogeenisuuksien vaikutukset, on merkitty T^*:llä (T2tähti), missä

Vapaa induktion vaimeneminen (FlD) ja spinkaiku ovat niiden menetelmien joukossa, joilla NMR signaalit voidaan havaita.

4 78358 FJDrssä ydinspinit säteilytetään RF pulssilla (90°, esimerkiksi).

RF pulssin päättyessä spinit synnyttävät RF magneettikentän liikkuessaan. NMR signaali on havaittavissa niin kauan kuin ydinspinit liikkuvat vaiheessa. Signaali vaimenee spinien muuttaessa vaihetta ja vaimenemiskäyrää merkitään FID:llä.

Jos B staattinen magneettikenttä on täysin homogeeninen, vai-O ^ mennus mitataan Tg :llä joka on laitteesta riippuva eikä näytteen todellista Tg relaksaatioaikaa edustava. Näissä olosuhteissa FID ei ole hyväksyttävä menetelmä T£:n mittaamiseen.

Spin-kaiku menetelmässä ydinspinit ovat ensin 90° RF pulssin kohteena, kuten FlDtssä, ja sitten 180° RF pulssin joka synnyttää spin-kaiun. 90° RF pulssin seurauksena ydinspinit liikkuvat vaiheessa mutta nopeasti joutuvat vaiheesta pois staattisen magneettikentän Bq epähomogeenisuuksien vuoksi, kuten FID:ssä. Tämä yhteyden menetys voidaan palauttaa käyttämällä 180° RF pulssia joka kääntää hajaantuneiden spinien suunnan ja aikaansaa "spin-kaiun". Spin-kaiun signaalin alku-käyrä on peilikuva alkuperäisestä FID-signaalista kun ydin-spinien yhteys palautuu. Käyrän toinen osa kaksinkertaistaa alkuperäisen FlD signaalin. Spin-kaiulla on alempi tiheys relaksaatioprosessille ominaisten palautumattomien häiriöiden vuoksi. Sellaisten kaikujen sarjojen huipun vaimenemisesta voidaan käyttää T£:n arvioimiseen.

Tämän keksinnön mukaiset NMR kuvauspulssisarjät voittavat T2* vaikutukset jotka aiheutuvat NMR kuvausjärjestelmässä käytetyn staattisen magneettikentän epähomogeenisuuksista. Myös koska kuvausgradientit on käännetty RF pulssin aikana, voidaan käyttää pitkiä RF pulssipituuksia, täten pienentäen RF voimantarvetta.

Keksinnön yhteenveto

Esilläoleva keksintö kohdistuu menetelmään NMR kuvan muodostamiseksi joka voittaa luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutukset spin-kaiun muodostamisessa. Staattinen magneettikenttä ylläpidetään pitkin kuvattavan näytteen ensimmäistä akselia. Ydinspinit näytteen ennalta määrätyllä alueella magnetoidaan säteilyttämällä jaksoluku-selektiivisellä RF pulssilla. Sitten, ensimmäiseksi ennalta li 5 78358 määrätyksi aikaintervalliksi, ainakin yksi vaiheenmuuttomag-nettikentän gradientti suunnataan pitkin nsytteen toista akselia muuttamaan magnetoitujen ydinspinien vaiheen. Ydinspinien vaiheenmuutto magneettikenttägradientilla on lisänä vaiheen-muutolle, jonka aikaansaavat staattisen magneettikentän olennaiset epähomogeenisuudet. Ennalta määrätyn aikaintervallin 7^ kuluttua, joka seuraa jaksolukuselektiivisen RF pulssin käyttöä, toisen aikaintervallin kuluessa, näytettä säteilyte-tään 180° RF pulssilla, mikä aloittaa ydinspinien uudelleen-vaiheutuksen. Kolmannen ennalta määrätyn aikaintervallin kuluessa, joka seuraa toista aikaintervallia, ainakin yksi uudelleenvaiheistusgradientti jolla on sama suunta kuin vai-heenmuuttogradientilla, suunnataan niin, että aikaintervallilla, joka on 180° RF pulssia seuraavan mainitun intervallin 7* suuruinen, ydinkaiku jonka aiheuttaa mainitulla vaiheenmuut-togradientilla vaiheenmuutettujen ydinspinien uudelleenvaiheu-tus, sattuu samaan aikaan sen ydinspin-kaiun esiintymisen kanssa, joka johtuu luontaisten mainitussa staattisessa magneettikentässä olevien epähomogeenisuuksien aikaansaaman vai-heenmuutoksenalaisten ydinspinien uudelleenvaiheistumisesta. Ydinspin kaikujen yhdenmukaistaminen aikaansaa yksinkertaisen yhdistetyn NMR signaalin joka on sitten koottu.

Keksinnön kohden on aikaansaada NMR kuvauspulssisarja joka voittaa T* vaikutukset epähomogeenisessä staattisessa mag-neettikentssä.

Keksinnön toinen kohde on aikaansaada ennalta määrättyjen tasopulssisarjojen ominaiskäyttö tasokuvausmenetelmässä kuten kaksiulotteisessa Fourier muunto (spin-kela) kuvauksessa ja multippeli kulmaprojektiokuvauksessa.

Edelleen on keksinnön kohteena käyttää pulssimagneettikentän gradientteja vähentämään RF voimantarvetta kaikua tuottavalle 180° RF pulssille.

Lisäksi on keksinnön toinen kohden aikaansaada NMR pulssisar- jat jotka sopivat NMR kuvausinformaation hankkimiseen ja Τ£:η avaruusjakautumasta läpi näytteen.

6 7 8 3 5 8

Keksinnön erikoispiirteet, joiden uskotaan olevan uusia, on pantu näkyviin yksityiskohtaisesti oheisissa vaatimuksissa. Keksintö itse, kuitenkin, sekä toiminnaltaan, rakenteeltaan että menetelmältään, yhdessä muiden kohteiden ja niiden etujen kanssa, ymmärretään parhaiten viittaamalla seuraavaan selostukseen oheisten piirustusten yhteydessä, jotka esittävät:

Kuva 1 esittää kohdetta joka on staattisessa magneettikentässä ja jonka planaaritilavuutta rajoittaa selektiivinen magne-tointi.

Kuva 2 kuvaa konventionaalista NMR pulssisarjaa käytettynä multippeli kulmaprojektion kuvantoistomenetelmässä.

Kuva 3 esittää vaihtoehtoista konventionaalista NMR pulssisarjaa käytettynä multippeli kulmaproktion toistossa jossa negatiivinen kuvausgradientti x suunnassa on pantu tuottamaan spin-kaiun.

Kuva h kuvaa toista konventionaalista NMR pulssisarjaa käytettynä spin-kela kuvausmenetelmässä.

Kuva 5a kuvaa kaaviollisesti spin riviä asetettuna riviin y-suunnassa kuvan 1 planaatitilassa.

Kuva 5b kuvaa kaaviollisesti vaiheen vaihtoja vaiheen koodi-tusgradientin käytön seurauksena.

Kuva 6 kuvaa keksinnön mukaista NMR pulssisarjaa käytettynä multippeli kulmaprojektion kuvantoistossa.

Kuva 7 kuvaa keksinnön mukaista NMR pulssisarjaa käytettynä spin-kela kuvausmenetelmässä.

Kuva 8 kuvaa NMR pulssisarjaa jota käytetään keksinnössä tietojen hankkimiseksi relaksaatioajan avaruusjakautumasta kuvassa 6 kuvatun pulssisarjan yhteydessä.

Kuva 9 kuvaa NMR pulssisarjaa jota käytetään keksinnössä tietojen hankkimiseksi relaksaatioajan avaruusjakautumasta

II

78358 7 kuvassa 7 kuvatun pulssisarjan yhteydessä.

Kuva 10 esittää NMR kuvauslaitteen suurempien komponenttien yksinkertaistettua kaaviota, jotka laitteet sopivat käytettäväksi NMR pulssisarjojen kanssa joita käytetään keksinnön yhteydessä.

Kuva 11a esittää RF käämirakennetta käytettäväksi geometrioiden kanssa, joita varten näytekammio on kohtisuorassa staattiseen magneettikenttään nähden.

Kuva 11b ja 11c esittävät RF käämirakennetta käytettäväksi magneettigeometrioiden kanssa, joita varten näytehalkaisijan akseli on samansuuntainen staattisen magneettikentän kanssa.

Kuva 12a esittää kahta käämiyksikköä käytettäväksi G ja G

x y gradienttien tuottamiseksi.

Kuva 12b esittää käämirakennetta joka sopii tuottamaan Gz gra-dienttia.

Kuvat 2, 3 ja 4 esittävät NMR kuvauspulssisarjoja ydinspin-tiheyden määrittämiseksi planaaritilassa ja johon verrattuna esillä olevan keksinnön edistystä voidaan parhaiten arvioida. Kuvat 2 ja 3 esittävät NMR pulssijaksoja käytettynä multippeli kulmaprojektion toistossa, kun taas kuva 4 esittää pulssijaksoa, jota käytetään spin-kela kuvauksessa. Spin-kela kuvaus on ominainen esimerkki kaksiulotteisesta Fourier muuntokuvausme-netelmästä.

Multippeli kulmaprojektion kuvantoistomenetelmä, joka parhaiten voidaan ymmärtää viittaamalla kuviin 1 ja 2, on planaari-menetelmä ja vaatii siksi, että tietojen keräystapahtuma on paikallistettava ohuisiin planaariviipaleisiin (nimeltään kuvaus- taso) mielenkiinnon kohteessa. Ohuen planaaritason valinta on suoritettu tekniikalla joka on tunnettu selektiivisenä magne-tointina. Kuva 1 esittää näytettä 100 joka sijaitsee staattisesti homogeenisessä magneettikentässä Bq suunnattuna positiiviseen z-akselin suuntaan konventionaalisessa Cartesian koor-dinaattijärjestelmässä. z-akseli on valittu sattumaan yhteen 78358 näytteen sylinteriakselin 104 kanssa. Koordinaattijärjestelmän origo on otettu n^tteen keskukseksi, joka on myös ohuen pla- naarilaatan tai kuvaustilan 4Z keskus. Magneettikenttä B on o käytössä koko NMR kokeen ajan ja on sen vuoksi jätetty pois kaikista NMR sarjoja esittävistä kuvista.

NMR signaalin paikallistamiseksi avaruudessa on välttämätöntä käyttää gradienttimagneettikenttiä päämagneettikentän Bq yhteydessä. Tyypillisesti on kolme sellaista gradienttia välttämätöntä :

Gx (t) * iBo/dx (2)

Gy(t)=3B0/ay (3) G2(t)=3B0/Jz U> G , G , G gradientit ovat vakioita koko kuvaustilassa ΔΖ, x y z 6 (kuva 1), mutta niiden suuruudet ovat tyypillisesti ajasta riippuvia. Gradientteihin liittyvät magneettikentät on merkitty, vastaavasti, 0χ, b ja bz> jossa bx=Gx(t)x (5) by = Gy (t)y (6) b = G (t)z (7) z z kuvaustilan sisällä. RF magnettikentän pulssit ovat suunnatut x-y tasoon; esim. pitkin x-akselia.

Ydinspinien avaruustilan valinta on suoritettu intervallin aikana käyttämällä magneettikenttägradienttia Gz kuten kuvassa 2 on esitetty. Täten kohde 100 on pantu kokonaismagneettikent-tään z-akselin suunnassa, joka kenttä muodostuu magneettikent-tägradientista Gz ja staattisesta magneettikentästä Bq.

Samalla kun kohde 100 pannaan magneettikenttägradienttiin G

z intervallin kuluessa, sitä säteilytetään selektiivisellä 90° RF pulssilla. RF pulssi sisältää rajoitetun nauhan jakso-lukuja valittuina magnetoimaan vain kohtaan 100 ohuen planaari-viipaleen, £Z, ydinspinit (kuva 1), missä magneettikentän voimakkuus on ennustettu Larmerin yhtälöllä. Larmerin yhtälö ennustaa, että ydinspinien resonanssijaksoluku on riippuvainen sen magneettikentän voimakkuudesta johon ydinspinit on asetettu. Ohuen planaariviipaleen ΔΖ ulkopuolella olevat ydinspinit li 9 78358 jäävät pääasiassa RF pulssin vaikutuksen ulkopuolelle. 90° RF pulssin "selektiivinen" luonne on täten ilmeinen.

Intervallin lopussa ydinspinit ohuessa planaariviipaleessa AZ

on suunnattu uudelleen x-y tason suuntaan. Vaikkakin uudelleen suunnatut spinit liikkuvat samalla jaksoluvulla, ne eivät ole samassa vaiheessa keskenään G :n vaiheen sekoittamisvaikutuk- z sen vuoksi intervallin toisen puolikkaan aikana. Ydinspinit voidaan vaiheistaa uudelleen käyttämällä intervallissa q2 negatiivista G gradienttia. Positiiviset ja negatiiviset G z z gradientit on valittu sellaisiksi että: z

JdtG^ = -1/2 JdtGz (8) q2 *1 jossa X on integraali gradientin G aallonmuodosta intervalli Γ z q^ yli ja v^on integraali gradientin Gz aallonmuodosta intervallin q2 yli.

Tiedot kerätään intervallin q^ aikana havaitsemalla FID signaali samanaikaisesti käytettyjen vaihtelevien magneettikenttä-gradienttien ΰχ ja G^ läsnäollessa suunnattuina x- ja y-akselien suuntiin, vastaavasti. Magneettikenttägradienttien Gx ja G^ suuruudet vaihtelevat sinimuotoisesti intervallilla q^ ja voidaan merkitä seuraavasti: ΰχ = g cos Θ (9) G = g sin B (10) joissa ö on yksinkertaisen projektion kulma intervallin q^ aikana ja g on vakio.. FID on täten havaittu magneettikenttä- gradientin läsnäollessa joka on summa Gx ja G gradienttiken- tistä. Kenttägradientit G ja G liittyvät vektorimaisesti x y yhteen tuottamaan säteen suuntaisen resultanttigradientin kuvaustasossa kulmassa 0. Avaruustiedot koko tasosta on koo-ditettu säteen suuntaisen gradientin suunnassa. Tarkoituksella hankkia riittävä tieto kuvaamaan koko tasoa, on saatu multippeli projektiot muuttamalla projektiokulmaa 0, esimerkiksi 1°:n välein keräämään avaruustiedot 180 projektiosta 180°:n kaaressa. Jokaisen projektion signaalin Fourier muuntaminen hankkii NMR signaalin avaruusjakauman tässä suunnassa. Kuvaus 10 78358 toistetaan kaikista projektioista käyttämällä tunnettua tietokone tois toalgori tm ia.

Multippelikulmaprojektion toisten tekniikan mukaisesti, FID signaali luetaan gradienttien läsnäollessa, kuten hankkimaan tarpeellista tietoa avaruuden spin jakautumasta. Tarkoituksella tehdä tämä, tieto täytyy kerätä heti negatiivisen G

z pulssin lopussa intervallissa q£· Joka tapauksessa ΰχ ja G gradienttien magneettikenttien käyttäminen lukemiseen on probleema. Vaikkakin lukemisen gradienttimagneettikentät on määrätty äkkiä, on olemassa rajallinen aikajakso, jolloin tarkka tulosgradientti on lyhytaikainen eikä tyydytä yhtälöitä (9) ja (10). Täten tämän aikajakson kuluessa avaruus-informaatio on pahasti vääristynyt ja NMR signaalia ei voida normaalisti käyttää. Tunnettu tapa tämän probleeman ratkaisemiseksi on käyttää ΰχ ja G magneettikenttägradienttejä, kuten kuvassa 2 on esitetty, ja näytettä erilaisin aikavälein At. Aikavälit At on valittu niin, että niihin aikaan t^ tahansa aikavälillä tuloAt^.G (t^) on vakio. Vaihtoehto eri asteisten näytteiden ottamiseen on käyttää negatiivisia ΰχ ja G gradientteja ajanjakson q^ kuluessa, kuten kuvassa 3 on esitetty, viivyttämään FID signaalia ja saavuttamaan spin- kaiun muodon. Negatiivisten G ja G gradienttien vaikutuk- x y sesta muuttuu spinien vaihe. Positiiviset G ja G gradientit x y kääntävät spinien vaiheen muutoksen suunnan niin, että spinit jälleen muuttavat vaihetta ja tuottavat kaikusignaalin, joka voidaan havaita siinä vaiheessa että tuloksena oleva säteen ' suuntainen gradientti on vakio. Joka tapauksessa vahingollis ta vaiheenmuutosvaikutusta luontaisten epähomogeenisyyksien vuoksi kentässä Bq ei ole käännetty tässä kaaviossa. Tämä edustaa häviötä avaruusspinjakautuman informaatiossa ja signaalin voimakkuudessa. Tämä probleema vältetään esillä olevalla keksinnöllä.

On edullista ottaa huomioon toinen NMR pulssikuvaussarja, tunnettu spin-kela kuvauksena, tarkoituksella edelleen kuvata esillä olevan keksinnön etuja. Viitataan kuvaan 4 joka esittää spin-kela pulssisarjaa. Ohut planaariviipale spinejä, kohtisuorassa z-akselia vastaan, on valittu selektiivisellä magnetointitekniikalla kuten aikaisemmin on selostettu ja 1 1 o 78358 spinien paikka määrätty uudelleen 90°:11a kuten on selostettu.

Seuraavilla 90° RF pulssilla negatiivista G gradienttia käy- z tetään vaiheistamaan spinit uudelleen. Aikavälin q2 kuluessa negatiivisen ΰχ gradientin magneettikenttää voidaan myös käyttää viivyttämään NMR signaalin tapahtumista.

Vaihekoodattavaa ohjelmoitavaa amplitudi gradienttia G

v Y-akselin suunnassa käytetään aikavälin q2 kuluessa kooditta-maan vaiheinformaatiota panemalla alkuun kierre spineissä Y-akselin suunnassa 2:n multippelillä. Kuva 1 esittää valitun ohuen planaariviipaleen ΔΖ kohtisuorassa z-akselia vastaan.

Kuva 5 esittää spinien profiilin ennen vaiheen koodausgradien-tin G käyttöä. Seuraavaksi käyttämällä ensimmäistä G^. gradienttia, spinit on kierretty yhden kierroksen kierteelle kuten kuvassa 5b on esitetty. Avaruustiedot koodattuina spinien eri vaiheilla on luettavissa käyttämällä aikavälin (kuva A) aikana ΰχ gradienttia, joka aikaansaa eri x kohdissa olevat spinit liikkumaan eri jaksoluvuilla, tehden mahdolliseksi signaalien erottamisen jokaisessa x kohdassa. Tämä on olennaisesti informaation projektio x-akselilla. Kokonainen pulssisarja toistetaan G :n eri arvoja varten, joka kiertää spinejä erilaisiin monikierrettyihin kierteisiin. Jokainen projektio sisältää erilaisen informaation koska käytetään erilaisia G vaihekooditus gradientteja. Tämä näytetään kuvassa L katkoviivoin jotka osoittavat erilaisten G kooditus .. y gradienttien peräkkäistä käyttämistä. Täydellinen avaruus- kuvaus toistetaan kaksiulotteisella projektion Fourier muuntamisella.

Kuten edellä kuvatussa multippeli kulmaprojektion kuvantoisto-menetelmässä, ΰχ gradientin negatiivinen lohko ei käännä ydinspinien vaiheenmuutosta luontaisen magneettikentän epäho-mogeenisuuden vuoksi, aiheuttaa häviön NMR signaalin voimakkuudessa .

Keksinnön pulssisarjaa NMR kuvaukselle multippelikulmaprojek-tion toistolla selostetaan nyt kuvaan 6 viitaten. Spinien ohut planaariviipale kohtisuorassa z-akselia vastaan on rajoitettu aikaisemmin selostetulla selektiivisellä magnetointime-netelmällä. Lyhyesti, kapeata jaksolukunauhan 90° RF pulssia 78358 12 käytetään aikavälin q1 aikana positiivisen gradientin G läsnä- I z ollessa. RF pulssi voisi olla esim. Gaussin amplituudilla moduloidun RF kantoaallon muotoinen kuten kuvassa 6 on esitetty, jossa tapauksessa ohuella planaarivyöhykkeellä Δ1 (kuva 1) olisi Gaussin profiili. RF pulssi voisi myös ottaa kantoaallon muodon moduloituna (sin bt)/bt:llä, jossa t on aika ja b on vakio. Jälkimmäisessä tapauksessa valitun tasoleikkauksen paksuusprofiili voisi olla likimääräisesti suorakulmainen. Aikavälillä ^ negatiivista Gz lohkoa käytetään spinien uudelleen vaihestamiseen jotka magnetoitiin aikavälillä . Negatiivinen G gradienttipulssi on identtinen sen kanssa jota käytettiin aikaisemmin selostetussa multippeli kulmaprojektion toistossa.

Aikavälillä q5 vaiheenmuutosgradientteja G ja G on käytetty λ Jr x_ ja y-koordinaattien suunnissa, vastaavasti. G ja G gra- x y dienttien käyttöä aikavälillä q^t seuraa lyhyt, odotusvaihe pituudeltaan tyypillisesti 0,1-1 millisekuntia, jotta virtojen gradienttikäämeissä annettaisiin lakata. Seuraava odotus-vaihe, 180° epäselektiivinen kääntävä RF pulssi käytetään näytteeseen aikavälin q^ kuluessa. Aikavälin q^ kuluessa NMR signaali on luettu uudelleenvaiheistavien G ja G gradienttien x y läsnäollessa, joiden amplitudit vaihtelevat riippuen cos 0ja sinö:stä, vastaavasti. Esimerkki erilaisten pulssien kestoajasta (millisekunteina) NMR pulssisarjassa on esitetty pitkin vaakasuoraa akselia, kuvassa 6. Kuvassa 6 esitetty NMR puls-sisarja on toistettu (1°:n välein, esimerkiksi)0:n uusia arvoja varten peittämään vähintäin 180° kaaren kuvaustasossa, jossa 0 on tarkan projektion kulma, kuten edellä on selostettu.

Yksityiskohtainen sarja on seuraava: noudatetaan selektii vistä spinien magnetointia ja spinien uudelleenvaiheistusta käyttäen negatiivista G lohkoa, spinit on uudelleen suunnattu

Q Z

90 x-akselista. Luontaisten epähomogeenisuuksien vuoksi staattisessa kentässä B , spinit alkavat muuttaa vaihetta tJ* o 2 tapatumassa, vaikka ne liikkuvat samalla jaksoluvulla, 180 RF pulssi tulee kääntämään vaiheenmuuttotapahtuman niin, että spin kaiku luontaisen Bq epahomogeenisuuden vuoksi tapahtuu aikavälin T (tyypillisesti 5 millisekuntia) lopussa seuraten sä-teilystä 180® RF pulssilla. Aikaväli f on aika 90° RF pulssin Q, 13 78358 keskiarvoisen käytön ja 180° pulssin keskiarvoisen käytön välillä kuten kuvassa 6 on esitetty. 180° RF pulssi siis indusoi spin kaiun tapahtumaan spinien vaiheesta poistumisen ja uudelleenvaiheustumisen vuoksi, jonka aikaansaa gradientti, joka on G ja G gradienttien sektorisumma. Resultanttigra-x y diantin kaiun tapahtumisaika riippuu vaihemuutoksen alkamisen asteesta. Täten, tarkoituksella saavuttaa optimi spin kaiku, on välttämätöntä säätää G ja G gradienttien vaiheenmuutos- x y pulssien voimakkuutta, joita on käytetty aikavälillä q£> siten että resultanttivaiheenpalautusgradientin aikavälillä q. ai- o ^

kaansaama kaiku tapahtuu myös X aikavälin jälkeen 180 RF

o a pulssin käytöstä. 180 RF pulssin käyttäminen vaiheenpalau-tusgradienttien yhteydessä johtuu spin kaiun vaiheenpalautuk-sen yhteensattuessa käytetyistä gradienteista ja spin kaiun vaiheenpalautus epähomogeenisuuksista käytetyssä kentässä joka tuottaa yhdistetyn NMR signaalin.

Tarkoituksella satuttaa yhteen kaksi spin kaikua, G ja G

x y gradienttien aaltomuodon integraalien aikavälillä q£ ja q^, täytyy tyydyttää vastaavat ehdot, että iGxdt B Kdt (11) ja

Fg dt = Fg dt J y Jy q2 q4

Vaikkakin magneettikentän gradientit G ja G on kuvattu aika- x y välillä positiivisiksi sinuskäyrän puolikkaiksi, ne voivat olla minkä muotoisia tahansa, jotka toteuttavat yhtälöt (11) ja (12). Esimerkiksi gradienteilla G ja G voisi olla joko x y

Gaussin käyrän tai suorakulmainen muoto.

Kuva 7 esittää NMR pulssisarjaa esillä olevan keksinnön mukaan, käytettynä spin-kela kuvauksessa. Aikavälin q^ aikana positiivista G gradienttia ja selektiivistä 90° RF pulssia,

- . Z

joilla on Gaussin käyrän tai (sin bt)/bt muoto käytetään mag-netoimaan ydinspinit ohuessa planaariviipaleessa, kuten viipale ΔΖ kuvassa 1. Aikavälillä q2> negatiivinen gz gradientti, saatettuna positiivisen G gradientin yhteyteen yhtälössä (8) z u 78358 esitetyllä tavalla, on käytetty uudelleenvaiheistamaan ydinspi-nit planaarivyöhykkeessä AZ, jotka magnetoitiin aikavälillä .

Aikaisemmin kuvatulla tavalla ottaa huomioon spin-kela kuvaus-pulssisarjan (kuva 4 ja kuvat 5a-5b), vaihekoodausgradienttia G käytetään aikavälin q2 aikana mahdollistamaan avaruusinfor-mation havaitsemisen y-summassa. Keksinnön pulssisarjän mukaisesti kuitenkin positiivista G gradienttia käytetään myös Λ aikavälillä q^ muuttamaan ydinspinien vaiheet niin, että spin kaiku tapahtuu aikavälin 2 X lopussa seuraten selektiivisen

Cl 90° RF pulssin keskikäyttöä eikä aikavälin q2 lopussa.

Aikavälillä q^, seuraten lyhyttä aikaväliä 0,1 ja 1 millisekunnin välillä gradienttikäämitysten virtojen lopettamiseksi, 180° epäselektiivistä kääntävää RF pulssia käytetään näytteeseen. Aikavälin q^ ja q^ aikana positiivista uudelleenvai-heistavaa ΰχ gradienttia käytetään hankkimaan avaruusydinspinin-formaatiota pitkin x-akselia. Kuvassa 7 esitetty pulssisarja on toistettu n, (n on kuvaviivojen lukumäärä, ja on tyypillisesti 128 tai 256) eri gradientin G arvoille, kuten on kat- y koviivoin esitetty aikavälissä q2> hankkimaan summatietoa y-akselin suunnassa. Tyypillinen ajoitusjakso on esitetty vaakasuoralla aika-akselilla.

Ydinspin kaiku tapahtuu olennaisten epähomogeenisuuksien vuoksi staattisessa magneettikentässä B ajan X jälkeen siitä, O O a kun 180° RF pulssia on keskimäärin käytetty. G uudelleen-

X

vaiheustuspulssin vuoksi aikavälillä q. ja q,- kaiku tapahtuu O ^ ^ myös ajan X verran 180 RF pulssin jälkeen. Tämän vuoksi on välttämätöntä, että

Kdt “ fGxdt (13) *2 q4 f I jossa * on integraali gradientin ΰχ aallonmuodosta yli aikavä- /’ Iin q2 ja $ on integraali gradientin ΰχ aallonmuodosta yli ai kavälin q. Tällä tavalla yhdistetty ydinspin kaikusignaali 4 on tuotettu yhdessä ydinspin kaiun kanssa käytetyistä gradien-teista ja ydinspin kaiusta, joka on peräisin ydinspinien uudelleenvaiheistamisesta luontaisten epähomogeenisuuksien läsnäollessa staattisessa magneettikentässä Bq.

15 78358 180° RF pulssia vastaavissa aikaväleissä kuvassa 6 ja kuvassa 7 käytettynä uudelleenvaiheistamaan ydinspinit ja tuottamaan ydinspin kaiun käytetään kun gradientit (G ja G ) on lopetet- ^ y tu. Tämä sallii pitkien RF pulssipituuksien käytön, täten pulssia on käytetty kuvausgradientit käännettyinä (kuten on tehty muutamissa konventionaalisissa NMR pulssisarjoissa) sen täytyy olla erittäin lyhyt tarkoituksella säteilyttää koko NMR jaksojen sarjaa, jonka gradientit ovat kehittäneet näytteeseen. Käännettynä tämä johtaa liiallisiin pulssitetun RF voiman vaatimuksiin (5 kilowatin tilausteho).

Keksinnön pulssisarjoja voidaan käyttää hankkimaan ja selaksaatioajän informaatiota.

Ensimmäistä menetelmää informaation hankkimiseksi vastaten, kuvissa 6 ja 7 kuvatut pulssisarjat on toistettu vaiheenmuutos-ja uudelleenvaiheustusgradienttien joka suuntaan (t.s., jokaiselle 0:lle) tai jokaisen vaiheen koodausgradientin amplitudille (t.s., jokaiselle n:lle) toisto jaksolla T valittuna siten, että T on näytteen käskyn mukainen Toistojakso T voi täten olla 0,03 ja noin 3 sekunnin välillä, mutta mielummin noin 0,1 ja noin 1,0 sekunnin välillä. Tämä johtaa noiden näytteen komponenttien T^ pienentymiseen tai kyllästymiseen pitemmillä T^ heikentymisajoilla lyhyempii komponentteihin nähden. NMR signaaleja havaitsemalla tuotettu kuva heijastaa ydinspinti-heyden ja T^ arvojen avaruusjakautumisen kuten näytteessäkin.

Toinen tekniikka T^ informaation havaitsemiseksi on esitetty kuvissa 8 ja 9 vastaavasti multippeli kulmaprojektiota ja spin-kela kuvausta varten. Tämän tekniikan mukaisesti ennen jokaisen NMR pulssisarjan alkua, näyte säteilytetään epäselek-tiivisellä 180° RF pulssilla keskimäärin ajan Tq ennen keski-. . määrästä selektiivistä 90° RF pulssia. Vaihtoehtoisesti 180° RF pulssi voi olla adiabaattinen kiinteä kanava. Aika T on valittu olemaan likimain sama kuin esimerkiksi T^ näytteellä. Esimerkiksi Tq voi olla 0,03 ja 3 sekunnin välillä, ollen 0,3 sekuntia tyypillinen ihmiskehon kuvaamisessa. 180° RF pulssi tuottaa ydinmagneettimomenteille käänteisen järjestyksen niiden T.j arvojen suhteen näytteessä. Resultoiva kuva on kuva, joka heijastaa ydinspintiheyden avaruusjakautuman ja T^ arvojen 78358 16 avaruusjakautuman näytteen sisällä.

On myös mahdollista kombinoida edellä kuvatut ensimmäinen ja toinen tekniikka tuottamaan NMR kuvan joka heijastaa vain arvojen avaruusjakautuman näytteen sisällä. Tämän tekniikan mukaisesti kuvissa 8 ja 9 esitetyt pulssisarjat on toistettu vaiheenkääntämis- ja uudelleenvaiheustamisgradienttien ja vaiheenkoodausgradienttisuureen jokaisessa suunnassa, vastaavasti toistojaksolla 0,03 ja 3 sekunnin välillä tai mielummin 0,1 ja noin 1 sekunnin välillä.

T~ relaksaatioaika voidaan saada säätämällä aika (kuvat 2 d 6 ja 7) sellaiseksi, että X on esimerkiksi näytteen Tg·

Aika X voidaan säätää 2 ja 1500 millisekunnin välillä tyy-pillisen arvon ollessa 30 millisekuntia. Tämä aikaansaa ydin-spin kaiun pienenemisen T^ relaksaatioajän mukaan näytteessä, aikaansaaden näin T^ kuvan. Jokaista edellä mainittua tekniikkaa käytetään T1 informaation hankkimiseksi, mahdollisesti yhdistettynä tämän tekniikan kanssa T^ informaation hankkimiseksi. Täten kuvissa 8 ja 9 ajat T ja X, samoin kuin tois-tojakso jokaisen pulssisarjan välillä jokaiselle arvolle Θ tai n voidaan vaihdella edellä annettujen rajoitusten puitteissa. Resultoivat pulssisarjat ovat sopivia kombinoidun T^ ja kuvausinformaation hankkimiseksi samanaikaisesti.

Kuva 10 on yksinkertainen blokkikaavio NMR kuvausmenetelmän suuremmista komponenteista joka sopii käytettäväksi edellä kuvatun keksinnön NMR pulssisarjojen kanssa. Järjestelmä, yleismerkintä 400, on tehty pääasiassa minitietokoneesta 401, joka on toiminnallisesti kytketty kiekkomuistiyksikköön 403 ja jaksopintayksikköön 405· RF lähetin 402, signaalin keskiarvon-laskija 404 ja gradienttien voimansyöttölaitteet 406, 408 ja 410 energian saantia varten vastaavasti x, y, z gradienttikelat 416, 418 ja 420, on kytketty tietokoneeseen 401 jakopintayksi-kön 405 välityksellä.

Lähetin 402 saa pulssiverhokäyrät tietokoneesta 401 synnyttämään RF pulssit joilla on vaadittu modulaatio resonanssin herättämiseksi tutkittavassa kohteessa. RF pulssit vahvistetaan 17 78358 RF voimavahvistimessa 4-12 tasoille, jotka vaihtelevat 100 wa-tista muutamiin kilowatteihin, riippuen kuvausmenetelmästä, ja käytetään lähetinkelaan 424· Korkeammat voimatasot ovat tarpeen suurille näytetilavuuksille kuten koko kehon kuvaus, ja missä lyhytaikaisten pulssien täytyy magnetoida suuret NMR jaksoluku-nauhaleveydet.

NMR signaali tajutaan vastaanotinkelassa 426, vahvistetaan ma-talahäiriöäänisessä esivahvistimessa 422, ja toimitetaan edelleen vahvistettavaksi, ilmaistavaksi ja suodatettavaksi vas-taanottimelle 414· Signaali digitaalikooditetaan sitten keskiarvon laskua varten signaalikeskiarvolaskimessa 404 ja käsittelyä varten tietokoneessa 401. Esivahvistin 422 ja vastaanotin 414 on suojattu RF pulsseilta aktiivisen gatingin tai passiivisen suodatuksen aikana.

Tietokone 401 huolehtii gatingista ja verhokäyrämodulaatiosta NMR pulsseilla, salpaamisesta esivahvistimelle ja RF voimavah-vistimelle. ja jännitteen aallonmuodoista gradientin voiman-syöttäjälle. Tietokone suorittaa myös tietojen käsittelyn kuten Fourierin muuntamiset, kuvan toistot, tietojen suodatuksen, kuvan näytön ja muistitoiminnot (jotka kaikki ovat tämän keksinnön ulkopuolella).

Lähetin ja vastaanotinkelat voivat jos halutaan, käsittää erillisen kelan. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää kohta erillistä kelaa jotka ovat sähköisesti kohtisuorassa toisiinsa nähden. Jälkimmäisellä kokoonpanolla on se etu, että redusoitu RF pulssi menee läpi vastaanottimeen pulssin lähetyksen aikana. Molemmissa tapauksissa kelat ovat kohtisuorassa magneetin 428 (kuva 10) aikaansaaman staattisen magneettikentän Bq suuntaa vastaan. Kelat on eristetty järjestelmän jäänteis-. . tä sulkemalla ne RF suojattuun häkkiin. Kolme tyypillistä RF

kelamuotoa on esitetty kuvissa 11a, 11b ja 11c. Kaikki nämä kelat tuottavat RF magneettikentät x suunnassa. Kuvissa 11b ja 11c kuvatut kelamuodot ovat sopivia magneettigeometriafl.le, joita varten näytetilan akseli on samansuuntainen pääkenttään Bq nähden (kuva 1). Kuvassa 11a esitetty muoto on käytettävissä geometrioille joita varten näytetilan akseli on kohtisuorassa pääkenttään Bq nähden (ei esitetty).

18 78358

Magneettikentän gradienttikelat Λ16, 418 ja 420 (kuva 10) ovat tarpeen tuottamaan gradientit G , G ja G , vastaavasti.

x y z

Multippeli kulmaprojektion toistossa ja edellä selostetuissa spin-kela menetelmissä,gradienttien tulee olla monotoonisia ja lineaarisia koko näytetilassa. Moniarvoiset gradienttikentät aiheuttavat asteikon pienenemisen NMR signaalitiedoissa, tunnettu nimellä aliasing, mikä johtaa suuriin kuvahäiriöihin. Epälineaariset gradientit aiheuttavat geometrisia vääristymiä kuvassa. Kuvissa 12a ja 12b on esitetty gradienttikelojen muoto joka on sopiva magneettigeometrioille, joissa näytetilan akseli on samansuuntainen pääkentän Bq kanssa. Jokainen gra-dientti ja G on tuotettu käämiryhmälle kuten ryhmät 300 ja 302 kuvassa 12a. Kuvassa 12a esitetyt kelaryhmät tuottavat gradientin G . Gradientin G tuottavat kelaryhmät on kierret- o x y . .

ty 90 näytetilan sylinteriakselin 104 (kuva 1) ympäri kelaan nähden joka tuottaa gradientin G . Z-gradientti on tuotettu kelaparilla kuten kelat 400 ja 402 kuvassa 12b.

Edellisestä lienee käynyt selväksi, että NMR pulssisarjat esillä olevan keksinnön mukaan voittavat luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutukset spin kaiun muodostamisessa. NMR pulssijaksoa käytetään planaarikuvausmene-telmässä kuten spin-kela ja multippeli kulmaprojektiotois-tossa. Keksinnön NMR pulssisarjaa voidaan myös käyttää hankkimaan avaruusjakautumatietoa ja T£ relaksaatioajoista.

Pulssitettujen magneettikenttägradienttien käyttö sallii RP voimantarpeiden pienentämisen kaikua tuottavalle RF pulssille.

Kun tätä keksintöä on selostettu viittaamalla määrättyihin toteutuksiin ja esimerkkeihin muita muotoiluja ja muunnoksia voi tulla mieleen niille jotka osaavat huomioida edellä olevat opetukset. Niinpä on ymmärrettävää, että oheisten vaatimusten puitteissa keksintö voidaan toteuttaa toisin kuin erikoisesti on selostettu.

Claims

78358 19
1. Menetelmä NMR-kuvan muodostamiseksi, joka voittaa luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutuksen ydinspinkaiun muodostamisessa, käsittäen vaiheet: a. magneettikenttägradientista (G ) ja staattisesta magneet-tikentästä (Bq) muodostuvan magneettikentän herättäminen pitkin ensimmäistä akselia (z); b. mainitun näytteen säteilyttäminen jaksolukuselektiivisillä RF-pulsseilla magnetoimaan enemmistön ydinspinejä ennalta määrätyllä alueella mainitun näytteen sisällä; tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: c. ainakin osittain mainitun jaksolukuselektiivisen RF-puls-sin kanssa yhtä kauan kestävän vähintään yhden vaihesiirtävän magneettikenttägradientin käyttäminen ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin (qg) aikana pitkin mainitun näytteen toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaiheen siirtämiseksi, mainitun vaihesiirron ollessa ydinspinin vai-hesiirron lisäksi luontaisen epähomogeenisuuden indusoima mainitussa staattisessa magneettikentässä; d. magneettisen kenttägradientin (Gz) poistaminen mainitulta ensimmäiseltä akselilta (z); e. mainitun näytteen säteilyttäminen toisen ennalta määrätyn ajan (q„) kuluessa ennalta määrätyllä aikavälillä X . joka seuraa mainitun selektiivisen RF-pulssin keskiesiintymistä, 180° RF-pulssilla niin, että mainittujen magnetoitujen ydinspinien uudelleenvaiheistus alkaa; f. vähintäin yhden uudelleenvaiheistusgradientin käyttäminen kolmannen ennalta määrätyn aikavälin (q4) aikana, joka seuraa mainittua toista aikaväliä (q^), jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla vaihesiirtogradientilla siten, että 20 7 8 3 5 8 aikavälillä, joka on sama kuin mainittu aikaväli X , joka di seuraa mainittua 180° RF-pulssia, ydinspinkaiku, jonka aiheuttaa mainitulla vaihesiirtogradientilla vaihesiirrettyjen ydinspinien uudelleenvaiheistus, sattuu samaan aikaan sen ydinspinkaiun esiintymisen kanssa, joka johtuu luontaisten mainitussa staattisessa magneettikentässä (Bq) olevien epäho-mogeenisuuksien aikaansaaman vaihesiirronalaisten ydinspinien uudelleenvaiheistuksesta, jotka mainitut ydinspinkaiut tuottavat yhdistetyn NMR-signaalin; ja g. mainitun yhdistetyn NMR-signaalin ilmaiseminen.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainitulla jaksolukuselektiivisellä RF-pulssilla on Gaussin amplitudimo-duloitu kantoaalto.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittu jaksolukuselektiivinen RF-pulssi käsittää (sin bt)/bt:llä moduloidun kantoaallon, jossa b on vakio ja t on aika.
4. Yhden patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, jossa mainittu selektiivinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° RF-pulssin.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, jossa mainittu vaiheenmuuttomagneettikentän gradientti käsittää suorakulmaisesta muotoillun ajasta riippuvan pulssin.
6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, jossa mainittu vaiheenmuuttomagneettikentän gradientti käsittää siniaallon puolikkaan.
7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, jossa mainittu vaiheenmuuttomagneettikentän gradientti sisältää Gaussin muotoisen ajasta riippuvan pulssin. 21 78358
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, missä mainittu ennalta määrätty magnetoitujen ydinspinien alue käsittää ohuen planaariviipaleen (ΔΖ).
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, missä mainittu ohut planaariviipale (ΔΖ) sijaitsee kohtisuorassa mainitun näytteen (100) ensimmäistä akselia (104) vastaan.
10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, missä mainittu vaiheenmuuttogradientti (G ) on resultantti kahden z vaiheenmuuttogradientin (G , G ) vektoriyhteenlaskusta, jotka x y ovat keskenään kohtisuorassa ja jotka ovat samassa tasossa mainitun ohuen planaariviipaleen kanssa, ollen mainitulla vaiheenmuuttogradientin resultantilla ennalta määrätty suunta.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, missä mainittu resultoiva uudelleenvaiheistamisgradientti on vektorisumma kahdesta olennaisesta uudelleenvaiheistusgradientista, jotka ovat keskenään kohtisuorassa ja jotka ovat samassa tasossa mainitun ohuen planaariviipaleen (ΔΖ) kanssa kummallakin mainituilla olennaisilla uudelleenvaiheistusgradienteilla ollen ohuen planaariviipaleen (ΔΖ) sisällä samat keskinäiset suunnat, kuin mainitulla vaiheenmuuttogradienteilla (G , G ) x y ollen mainitut olennaiset uudelleenvaiheistusgradientit valittu siten, että mainitulla resultoivalla uudelleenvai-heistusgradientilla on sama ennalta määrätty suunta kuin mainitulla resultoivalla vaiheenmuuttogradientilla (G ). z
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, missä mainitun resultoivan vaiheenmuuttogradientin (G ) aallonmuodon inte- z graali aikaan nähden yli mainitun ensimmäisen aikaintervallin (qj) on valittu olemaan yhtäsuuri kuin integraali mainitusta resultoivasta uudelleenvaiheistusgradientin aallonmuodosta, joka aikaan nähden yli aikaintervallin on yhtäsuuri kuin mainittu aikaintervalli Τ’ . a 22 7 8 3 5 8
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, missä mainittu resultoiva uudelleenvaiheistusgradientti on valittu osoittamaan vakio amplitudia mainitun yhdistetyn NMR-signaalin kokoamisen aikana.
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä käsittäen vaiheen, jossa toistetaan vaiheiden a-f sarja mainittujen resul-toivien vaiheenmuutto- ja uudelleenvaiheistusgradienttien eri suuntiin peittämään, differentiaalisesti, vähintäin 180° kaaren mainitun ohuen planaariviipaleen (AZ) sisällä.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä käsittäen mainittujen resultoivien vaiheenmuutto- ja uudelleenvaiheistus-gradienttien kummankin suunnan toistovaiheet vaiheiden a-f sarjalla toistojakson ollessa 0,03 ja 3 sekunnin välillä.
16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, missä mainittu toistojakso on valittu olemaan 0,1 ja 1 sekunnin välillä.
17. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä käsittäen mainitun näytteen (100) säteilyttämisvaiheen 180° RF-pulssilla noin 0,03 ja 3 sekuntia ennen vaihetta b.
18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä käsittäen edelleen vaihesarjan a-f toistovaiheen, käsittäen mainitun näytteen (100) säteilyttämisen mainitulla 180° RF-pulssilla ennen vaihetta b, mainittujen resultoivien vaiheenmuutto- ja uudel-leenvaiheistusgradienttien kummassakin suunnassa toistojakson ollessa noin 0,03 ja 3 sekunnin välillä. :: 19. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, missä mainittu ennalta määrätty aikaintervalli T? , mainitun jaksolukuselek- di tiivisen RF-pulssin vaiheessa b ja mainitun 180° RF-pulssin vaiheessa d, välillä on valittu alueelta noin 2 ja noin 1500 millisekunnin välillä.
20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, käsittäen edelleen mainitun a-f sarjan toistovaiheen, sisältäen mainit- 23 7 8 3 5 8 tu valintavaihe mainitun aikaintervallin T , mainittujen Cl resultoivien vaiheenmuutto- ja uudelleenvaiheistusgradientti-en kummassakin suunnassa toistojakson ollessa noin 0,03 ja 3 sekunnin välillä.
21. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä käyttäen edelleen mainitun näytteen (100) säteilyttämisvaiheen 180° RF-pulssilla noin 0,03 ja noin 3 sekunnin välisen ajan ennen vaihetta b.
22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä käsittäen edelleen vaihesarjan a-f toistovaiheen, sisältäen mainittu vaihe mainitun näytteen säteilyttämisen 180° RF-pulssilla ennen vaihetta b, mainittujen resultoivien vaiheenmuutto- ja uudel-leenvaiheistusgradienttien kummassakin suunnassa 0,03 ja 3 sekunnin välillä olevan toistoajan.
23. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, missä mainittu vaiheenmuuttogradientti (G ) on resultantti ensim-maisen ja toisen keskenään kohtisuoran gradientin (G^, G^,) vektorisuunnasta, jotka gradientit ovat samassa tasossa mainitun ohuen planaariviipaleen (ΔΖ) kanssa, ollen mainittu ensimmäinen gradientti amplitudi-säädettävä vaihekoodaus ydinspin informaatiota varten sen suunnassa.
24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, missä mainitulla uudelleenvaiheistusgradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisella gradientilla.
25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen menetelmä, missä mainitun toisen gradientin aallonmuodon integraali aikaan nähden yli mainitun ensimmäisen aikaintervallin (q^ on valittu b:ksi, joka on yhtä suuri kuin mainitun uudelleenvaiheistusgradien-tin aallonmuodon intergraali aikaan nähden yli aikaintervallin, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaintervalli % . St 24 7 8 3 5 8
26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, missä mainitulle uudelleenvaiheistusgradientille on valittu vakio amplitudi mainitun yhdistetyn NMR-signaalin kokoamisen ajaksi.
27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä käsittäen edelleen vaiheiden a-f sarjan toistovaiheen mainitun ensimmäisen gradientin eri amplitudeille.
28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä käsittäen edelleen vaiheiden a-f sarjan toistovaiheen mainitun ensimmäisen gradientin kullekin amplitudille noin 0,3 ja noin 3 sekunnin välillä olevalla toistojaksolla.
29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, missä mainittu toistojakso on valittu olemaan noin 0,1 ja noin 1 sekunnin välillä.
30. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä käsittäen edelleen mainitun näytteen säteilyttämisvaiheen 180° RF-pulssilla noin 0,03 ja noin 3 sekunnin välisen ajan ennen vaihetta b.
31. Patenttivaatimuksen 30 mukainen menetelmä käsittäen edelleen vaiheiden a-f sarjan toistovaiheen, sisältäen mainitun näytteen säteilyttämisen mainitulla 180° RF-pulssilla ennen vaihetta b, mainitun ensimmäisen gradientin kullekin amplitudille noin 0,03 ja 3 sekunnin välillä olevalla toistojaksolla.
32. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä, missä ennalta määrätty aikaintervalli T, mainitun jaksolukuselektiivisen Cl RF-pulssin vaiheessa b ja mainitun 180° RF-pulssin vaiheessa - - d välillä, on valittu noin 2 ja noin 1500 millisekunnin väliseltä alueelta.
33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä käsittäen vaiheiden a-f sarjan toistovaiheen, sisältäen mainittu vaihe mainitun aikaintervallin Τ' valinnan, mainitun ensimmäisen a 25 78358 gradientin kullekin amplitudille noin 0,03 ja noin 3 sekunnin välillä olevalla toistojaksolla.
34. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä käsittäen edelleen mainitun näytteen säteilyttämisvaiheen 180° RF-pulssilla noin 0,03 ja 3 sekunnin välisellä ajalla ennen vaihetta b.
35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen menetelmä käsittäen edelleen vaiheiden a-f sarjan toistovaiheen, sisältäen mainitun näytteen mainitun säteilyttämisvaiheen 180° RF-pulssilla ennen vaihetta b kullekin mainitun ensimmäisen gradientin amplitudille 0,03 ja 3 sekunnin välisellä toistojaksoila.
36. Patenttivaatimuksen 1 soveltamiseen tarkoitettu laitteisto NMR-kuvan muodostamiseksi, joka voittaa luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutuksen ydin-spinkaiun muodostamisessa, käsittäen: a. elimet magneettikenttägradientista (G ) ja staattisesta magneettikentästä (Bq) muodostuvan magneettikentän herättämiseksi pitkin ensimmäistä akselia (z); b. elimet mainitun näytteen säteilyttämiseksi jaksolukuselek-tiivisillä RF-pulsseilla magnetoimaan enemmistön ydinspinejä ennalta määrätyllä alueella mainitun näytteen sisällä; tunne t tusiitä, että se käsittää: c. elimet ainakin osittain mainitun jaksolukuselektiivisen RF-pulssin kanssa yhtä kauan kestävän vähintään yhden vaihe-siirtävän magneettikenttägradientin käyttämiseksi ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin (qg) aikana pitkin mainitun näytteen toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaiheen siirtämiseksi, mainitun vaihesiirron ollessa ydin-spinin vaihesiirron lisäksi luontaisen epähomogeenisuuden indusoima mainitussa staattisessa magneettikentässä; 78358 26 d. elimet magneettisen kenttägradientin (G ) poistamiseksi Z mainitulta ensimmäiseltä akselilta (z); e. elimet mainitun näytteen säteilyttämiseksi toisen ennalta määrätyn ajan (q^) kuluessa ennalta määrätyllä aikavälillä 'C'o. joka seuraa mainitun selektiivisen RF-pulssin keski- d. esiintymistä, 180° RF-pulssilla niin, että mainittujen magne-toitujen ydinspinien uudelleenvaiheistus alkaa; f. elimet vähintäin yhden uudelleenvaiheistusgradientin käyttämiseksi kolmannen ennalta määrätyn aikavälin (q^) aikana, joka seuraa mainittua toista aikaväliä (q^), jolla gradien-tilla on sama suunta kuin mainitulla vaihesiirtogradientilla siten, että aikavälillä, joka on sama kuin mainittu aikaväli T* , joka seuraa mainittua 180° RF-pulssia, ydinspinkaiku, jonka aiheuttaa mainitulla vaihesiirtogradientilla vaihesiir-rettyjen ydinspinien uudelleenvaiheistus, sattuu samaan aikaan sen ydinspinkaiun esiintymisen kanssa, joka johtuu luontaisten mainitussa staattisessa magneettikentässä (Bq) olevien epähomogeenisuuksien aikaansaaman vaihesiirronalaisten ydinspinien uudelleenvaiheistuksesta, jotka mainitut ydin-spinkaiut tuottavat yhdistetyn NMR-signaalin; ja g. elimet mainitun yhdistetyn NMR-signaalin ilmaisemiseksi.
37. Patenttivaatimuksen 36 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää elimet mainitun vaiheen- muuttogradientin (G ) muodostamiseksi kahden vaiheenmuutto- z gradientin (G , G ) vektoriyhteenlaskun resultanttina, jotka x y ovat keskenään kohtisuorassa ja jotka ovat samassa tasossa mainitun ohuen planaariviipaleen kanssa, ollen mainitulla vaiheenmuuttogradientin resultantilla ennalta määrätty suunta.
38. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet mainitun resul-toivan uudelleenvaiheistamisgradientin summaamiseksi vektoreina kahdesta olennaisesta uudelleenvaiheistusgradientista, 27 7 8 3 5 8 jotka ovat keskenään kohtisuorassa ja jotka ovat samassa tasossa mainitun ohuen planaariviipaleen (AZ) kanssa kummallakin mainituilla olennaisilla uudelleenvaiheistusgradien-teilla ollen ohuen planaariviipaleen (AZ) sisällä samat keskinäiset suunnat, kuin mainitulla vaiheenmuuttogradienteilla (G , G ) ollen mainitut olennaiset uudelleenvaiheistusgradi-x y entit valittu siten, että mainitulla resultoivalla uudelleen-vaiheistusgradientilla on sama ennalta määrätty suunta kuin mainitulla resultoivalla vaiheenmuuttogradientilla (Gz).
39. Patenttivaatimuksen 38 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet mainitun resultoi-van vaiheenmuuttogradientin (G ) aallonmuodon integraalin A aikaan nähden yli mainitun ensimmäisen aikaintervallin (q^) valitsemiseksi olemaan yhtäsuuri kuin integraali mainitusta resultoivasta uudelleenvaiheistusgradientin aallonmuodosta, joka aikaan nähden yli aikaintervallin on yhtäsuuri kuin mainittu aikaintervalli *£ . a
40. Patenttivaatimuksen 39 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet mainitun resultoi-van uudelleenvaiheistusgradientin valitsemiseksi osoittamaan vakioamplitudia mainitun yhdistetyn NMR-signaalin kokoamisen aikana.
41. Patenttivaatimuksen 40 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet vaiheiden a-f sarjan toistamiseksi mainittujen resultoivien vaiheenmuutto- ja uudelleenvaiheistusgradienttien eri suuntiin peittämään, differentiaalisesti, vähintäin 180° kaaren mainitun ohuen planaariviipaleen (ΔΖ) sisällä.
42. Patenttivaatimuksen 41 mukainen laitteisto tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet mainittujen resultoivien vaiheenmuutto- ja uudelleenvaiheistusgradienttien kummankin suunnan toistamiseksi vaiheiden a-f sarjalla tois-tojakson ollessa 0,03 ja 3 sekunnin välillä. 28 7 8 3 5 8
43. Patenttivaatimuksen 36 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet mainitun vaiheen-muuttogradientin (Gz) muodostamiseksi resultanttina ensimmäisen ja toisen keskenään kohtisuoran gradientin (G , G ) x y vektorisuunnasta, jotka gradientit ovat samassa tasossa mainitun ohuen planaariviipaleen (ΔΖ) kanssa, ollen mainittu ensimmäinen gradientti amplitudi-säädettävä vaihekoodaus ydinspin informaatiota varten sen suunnassa.
44. Patenttivaatimuksen 43 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainitulla uudelleenvaiheistusgradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisella gradientilla.
45. Patenttivaatimuksen 44 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että laitteisto käsittää elimet mainitun toisen gradientin aallonmuodon integraalin valitsemiseksi aikaan nähden yli mainitun ensimmäisen aikaintervallin (q^) b:ksi, joka on yhtä suuri kuin mainitun uudelleenvaiheistusgradien-tin aallonmuodon intergraali aikaan nähden yli aikaintervallin, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaintervalli
46. Patenttivaatimuksen 45 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää elimet vakioamplitudin valitsemiseksi mainitulle uudelleenvaiheistusgradientille mainitun yhdistetyn NMR-signaalin kokoamisen ajaksi.
47. Patenttivaatimuksen 46 mukainen laitteisto, tunneta t u siitä, että laitteisto käsittää elimet vaiheiden a-f sarjan toistamiseksi mainitun ensimmäisen gradientin eri amplitudeille. 29 78 35 8