FI78565B - Foerfarande och anordning foer bildande av tredimensionell kaernmagnetisk resonans genom anvaendning av selektiv uppladdning. - Google Patents

Description

78565

MENETELMÄ JA LAITTEISTO KOLMIULOTTEISEN YDINMAGNEETTIRESONANSSIN MUODOSTAMISEKSI KÄYTTÄEN SELEKTIIVISTÄ VIRITYSTÄ - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR BILDANDE AV TREDIMENSIONELL KÄRNMAGNETISK RESONANS GENOM ANVÄNDNING AV SELEKTIV UPPLADDNING

Keksinnön tausta

Keksintö kohdistuu NMR-kuvausmeneteImi in. Yksityiskohtaisemmin keksintö kohdistuu kolmiulotteisiin NMR-kuvausmenetelmiin, joissa selektiivistä magnetointia käytetään kontrolloivasti valitsemaan paksun tasolaatan magnetoituja ydinspinejä suuremmasta NMR-kuvausnäytteestä, ja jossa avaruustieto, jota tarvitaan muodostamaan paksun laatan erillisten termograafisten osien sarjat, kerätään samanaikaisesti.

Erilaisia NMR-kuvausmenetelmiä on kehitetty kuvaamaan kuvattavan näytteen suhteellisen ohuita tasoalueita. Yksi aikaisemmista menetelmistä on peräkkäispistemenaielmä, jossa avaruustieto kerätään yhdestä pisteestä kerrallaan koko interessialueen piste pisteeltä kartoittamisen aikana joko mekaanisesti tai elektronisesti. Jonkin verran enemmän tehokas ja keinotekoinen kuvausmenetelmä on herkkä 1inja-menetelmä, jossa avaruustieto kerätään samanaikaisesti koko linjasta kerrallaan intressialueen linja linjalta kartoituksen aikana mieluummin kuin yksityisestä pisteestä kerrallaan. Tasokuvausmenetelmät ovat myöskin tehokkaam-pia kun tiedot on kerätty koko tasosta samanaikaisesti.

: Tarkoituksella tuottaa kuvia kolmiulotteisesta kohteesta on kui- tenkin tehokkaampaa koota kuvaustieto linja linjalta kuin piste pisteeltä; vielä parempi koko tasoista kuin linja linjalta. NMR-kuvauksessa kuten kaikissa muissa kuvausmuodoissa on toivottavaa kerätä niin paljon tietoa kuin mahdollista annetussa ajassa. Tätä varten on vielä toivottavampaa kerätä tieto samanaikaisesti . . kuvausnäytteen koko kolmiulotteiselta alueelta kuin taso tasolta ;; kartoituksessa. NNR-signaalien mittauslaitteet ovat pääasiassa viritettyjä keloja, jotka ovat luontaisesti herkkiä tilavuuksille, ja siten NMR-kuvaus on hyvin sopiva tietojen hankkimiseen näytteen kolmiulotteisesta osasta. Itse asiassa piste-, linja-ja taso ku vausmenete Imi ssä vaaditaan huomattava voima rajoittamaan tiedonkeräystoiminta pienemmälle intressialueelle.

2 78565

Kolmiulotteisia NMR-Kuvauskaavoja ovat esittäneet Richard R. Ernst US-patentissa 4,070,611, julkaistu tammikuussa 1976, P.C. Lauter-bur ja C-M Lai, IEEE Transaction on Nuclear Science, NS-27, sivut 1227-1231 [19801, ”Zeugmatorgraphy by Reconstruction from Project ions”; ja P. Mansfield US-patentissa 4,165,479, julkaistu 21. elokuuta, 1979. Jokainen näistä kaavoista sisältää otaksunnan, että NMR-kuvasnäyte on rajoitettu ulottuvuudeltaan ja sisältyy alueille, joilla viritetty vastaanotinkela on herkkä. Tällä otak-sunnalla on kuitenkin useita haittapuolia.

Yksi haittapuoli on, että NMR-signaalei 1la alueen reunoilta, joilla viritetty vastaanotinkela on herkkä, voi olla eri amplitudit tai vaiheet kuin ydinspinien NMR-signaalei1la herkän alueen keskellä. Tämä aikaansaa häipymistä tai vääristymiä kuvien reunassa tai reunakartotuksissa.

Toinen haittapuoli on, että vastaanotinkelan herkkyyden alueen ulottuvuus pitkin ihmiskehon pitkää akselia [kehon ollessa kuvauskohteena) voidaan rajoittaa vain käytettyjen RF-kenttien muodolla ja voimakkuudella ja vastaanotinkelan muodolla. Käytännössä tällaiset tekijät eivät ole erikoisen tehokkaita, koska RF-magneet-tikenttiä ei voida tuottaa tarkoin rajattuina. Lisäksi RF-kentän .. . mallin tarkkuus on rajoitettu pienellä määrällä sallittuja kier roksia käytettävissä olevissa RF-keloissa NMR-kuvausjakso1uvui11 a • · 1 ‘ : (tyypillisesti 5 MHz) vedylle ( H) 1,12 Tesla staattisessa magneet tikentässä. Kelan kierrosten lukumäärä on rajoitettu jakautuneel-la kelainduktanssilla ja -kapasitanssilla, mikä asettaa rajan korkeimmalle jaksoluvulle, jolla kela voidaan saada resonoimaan.

Vielä toisena haittapuolena NMR-signaalin hankinta suuresta osasta kuvausnäytettä voi olla liian suuri kuvausjärjestelmän elektroniikan dynaamiselle ulottuvuudelle. Esimerkiksi tarkoituksella suunnitella NMR-kuva on tärkeää tuntea NMR-signaalin voimakkuus jokaisessa kuvaustilan osassa, missä osa (kovausosa) on pieni murto-osa koko kuvaustilasta. Jos kolmiulotteinen rekonstruktio on multippeli kulmaprojektirekonstruKtio (kuten se on yhdessä tunnetussa kolmiulotteisessa kuvausmenetelmässä), silloin tietojoukko voi olla kuutio ja voi sisältää 128x128x128 kuvausosaa, esimerkiksi jos halutussa tomograafiosakuvassa on 128x128 kuvaosaa. Kolmiulottisessa kuvauksessa multippeli kulmaprojektien toistossa 3 78565 hajaantuminen on sama kaikkiin suuntiin (tyypillisesti 2 mm x 2 mm), ja avaruustietoa yksinkertaisen tomograafiosan osakuvan muodostamiseksi ei voida hankkia ellei 128 x 128 projektiota ole hankittu. Tätä vaatii tunnettu tosiasia, että tässä kuvausmenetelmässä tiedon täytyy olla isotrooppinen. On mahdotonta tehdä vain 128 x 128 x 10 projektiota hankkimaan välttämättömät tiedot muodostamaan 10 tomograafista osakuvaa. Täten yhden osakuvan signaalin voimakkuussuhde (dynaaminen ulottuvuus) koko volyymin NMR-signaaliin on 1:n suhde 128 x 128 x 128:aan, eli suunnilleen g 1:n suhde 2 x 10 :een. Lisäksi, koska tietojoukko on kuutio, tietojen keräämis- ja uudelleenjärjestelytoiminnat ovat olennaisesti pidentyneet.

Esillä olevan keksinnön NMR-kuvausmenetelmässä ei sitä vastoin vaadita isotrooppisia tietoja. Kuvan hajoittaminen kussakin tomograaf iosassa voi olla 2 mm x 2 mm poikittaistasossa (ts. kohtisuorassa kuvauskohteen pitkää akselia vastaan), mutta pitkän akselin suunnassa voi olla 10 mm, mikä on yhtä suuri kuin jokaisessa tomograafiosassa kuvatun alueen paksuus. Verrattuna edellä kuvatun multippeli kulmaprojektion rekonstruoimismenetelmän hajoittamiseen, hajoittaminen pitkän akselin suunnassa on pienennetty tekijällä 5. Tämä kuitenkin vähentää sekä tiedon keräämisen tarvitseman ajan pituutta että niiden tietojen analysoinnin tarvitseman ajan pituutta, joita tarvitaan kuvan rekonstruoimiseen. Lisäksi kolmiulotteinen avaruustieto kerätään vain valitun paksuisesta laatasta, jonka paksuus on yhtä suuri kuin haluttujen tomograafisten osakuvien numero, nz· Tällä tavalla, jos halutaan vain nz osakuvaa, tarvitaan vain 128 x nz NMR-signaalia hankkimaan tarvittavan avaruustiedon. Oos nz = 10, tarvitaan vain 1280 projektiota (NMR-signaalit), verrattuna 128 x 128:een multippeli kulmaprojektion rekonstruktiossa. On myös selvää, että vaadittu dynaaminen ulottuvuus pienenee tekijällä 128/nz· j : Yhteenveto keksinnöstä

Kolmiulotteinen NMR-kuvausmenetelmä käyttää selektiivistä mag- τ'. netointia magnetoimaan paksun tasolaatan ydinspinejä kuvauskoh teessa, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä. Kuvaus--J tieto sarjojen muodostamiseksi paksun tasolaatan tomograaf isiä osakuvia varten kerätään samanaikaisesti. Aluksi ydinspinit 78565 paksussa tasolaatassa magnetoidaan käyttämällä samanaikaisesti mag-neettikenttägradienttia pitkin kuvauskohteen ensimmäistä akselia ja jaksolukuselektiivistä pulssia. Tätä seuraa kohtisuorien magneetti ken ttägrad i en tt i pu 1 ss ien käyttö samanaikaisesti alkamaan paikallistamisen NMR-signaa1issa. NMR-signaali havaitaan kuvaus-gradientin läsnäollessa, jolla on vakio suunta niin, että havaittu NMR-signaali, Fourier-analyysillä, on projektio avaruustie-dosta läpi koko paksun laatan tämän gradientin suunnassa. NMR-sig-naalista otetaan näyte neliö lukumäärä kertoja verrattuna osa-kuvien lukumäärään kuvausgradientin suunnassa.

Keksinnön kohteena on aikaansaada parannettu kolmiulotteinen NMR-kuvausmenetälmä, jossa kuvaustieto hankitaan samanaikaisesti valitusta ja kontrolloidusta NMR-kuvauskohteen tilavuudesta.

Keksinnön toinen kohde on aikaansaada parennettu kolmiulotteinen NMR-kuvausmenetelmä, jossa dynaamista ulottuvuutta voidaan kontrolloida säätämällä valitun tilavuuden paksuutta.

Lisäksi keksinnön toinen kohde on aikaansaada parannettu kolmiulotteinen NMR-kuvausmenetelmä, jossa tiedon keräämisen ja uudelleenjärjestelyn aikoja on lyhennetty.

Lyhyt selostus piirustuksista

Keksinnön erikoispiirteet, joiden uskotaan olevan uusia, on pantu : esille yksityiskohtaisesti oheisissa patenttivaatimuksissa. Kek sintö itse kuitenkin sekä organisaatioltaan ja toimintamenetelmältään yhdessä muiden kohteiden ja niiden etujen kanssa voidaan parhaiten ymmärtää viittaamalla seuraavaan selostukseen yhdessä oheisten piirustusten kanssa, jotka esittävät:

Kuva 1 esittää NMR-kuvauskohdetta, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä ja jolla on paksu tasolaatta määritettynä selektiivisellä magnetoinnilla.

Kuva 2 esittää keksinnön tuottamaa NMR-pulssisarjaa, joka sopii kolmiulotteiseen kuvaukseen.

Kuva 3a esittää kaaviollisesti ydinspinriviä sijoitettuna Y-koor-

II

5 78565 dinaatin suuntaan paksussa tasolaatassa kuvassa 1.

Kuva 3b esittää kaaviollisesta vaiheen muuttamista kuvassa 3a esitetyssä ydinspinrivissä, minkä aikaansaa vaiheen koodaus-gradientin suuntaaminen siihen.

Kuva 4 esittää rajoitettua NMR-pulssisarjaa, joka on tuloksena keksinnön käytöstä kolmiulotteisessa kuvauksessa, joka voittaa staattisen magneettikentän epähomogeenisuuksie n vai kutukset.

Kuva 5 kuvaa NMR-pulssisarjaa, joka on tuotettu keksinnöllä ja joka on samanlainen kuin kuvassa 2 esitetty, mutta jossa spinkaikuja on käytetty lyhentämään kuvaustiedon keräämisen vaatimaa aikaa.

Kuva 6 kuvaa NMR-pulssisarjaa, joka on tuotettu keksinnöllä ja joka on samanlainen kuin kuvassa 4 esitetty, mutta jossa spinkaikuja on käytetty lyhentämään aikaa, joka tarvitaan kuvaustiedon keräämiseen· samoin kuin voittamaan staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutuksen.

Kuva 7 esittää yksinkertaistettua blokkikaaviota NMR-kuvauslait-teiden suuremmista komponenteista, jotka sopivat tuottamaan kuvissa 2, 4, 5 ja 6 esitettyjä NMR-pulssisarjoja.

Kuva 8a esittää RF-kelamuotoa, joka sopii magneettisille geometrioille, joita varten kohdekammion akseli on samansuuntainen staattisen magneettikentän kanssa.

Kuvat 8b ja 8c esittävät RF-kelamuotoja, jotka sopivat magneettisille geometrioille, joita varten kohdekammion akseli on samansuuntainen staattisen magneettikentän kanssa.

Kuva 9a esittää kahta erää keloja, jotka sopivat tuottamaan G -ja Gy-gradientteja.

Kuva 9b kuvaa kelamuotoi1ua, joka sopii tuottamaan Gz~gradienttia.

6 78565

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön avulla tuotetut NMR-kuvauspu1ssisarjat ymmärretään parhaiten, jos aluksi viitataan kuvaan 1, joka kuvaa kuvauskohdetta 100, joka sijaitsee staattisessa homogeenisessa magneettikentässä BQ suunnattuna positiiviseen Z-akselin suuntaan karteesisessa koordinaatti järjestelmässä. Z-akseli on valittu sattumaan yhteen kohteen 100 pitkän täi sylinterimäisen akselin 106 kanssa. Koordinaatti järjestelmän origo on otettu kuvauskohteen keskipisteeksi, joka on myös paksun tasolaatan tai kuvaustilan 102 keskipiste, joka kuvaustila on valittu selektiivisellä magnetointimenetelmäl-lä kuten seuraavassa selostetaan. Ohuimmat tasokiekot 104 vastaavat tomograafikuvien sarjoja, jotka on hankittavissa avaruustie-don analyysillä. Tasokiekon 104 paksuus ΔΖ on tyypillisesti li-kimäärin 2-15 mm.

Staattisen magneettikentän BQ tarkoitus on polaroida ydinspinit, joiden kokonaismagneettimomentit ovat sellaiset että suurempi lukumäärä ydinspinejä asettuu riviin Bq kentän kanssa ja lisäävät makroskooppista magnetointia M. Tämä polarisaatio sallii resonanssi-ilmiön syntymisen. Yksityiset polarisoidut ydinspinit, ja siten magnetointi M, resonoi (tai liikkuu kentän Bq akselin ympäri) jaksoluvulla CJ» jonka antaa yhtälö cj=Ybo (1) jossa Yön gyromagneettinen suhde (vakio kullekin isotooppityy-piile).Y:n arvo vedylle (H) on noin 4,26 kHz/gauss. H on kaikkialla läsnä oleva elävässä kudoksessa ja antaa voimakkaamman i NMR-signaalin verrattuna typpeen ( N), fosforiin (' D), hiileen '13 23 17 ( C), natriumiin ( Na) ja happeen ( 0), jotka ovat muutamia esillä o levistä lajeista. Tästä syystä luonnossa esiintyvän vedyn avaruusydinspinjakautumaa käytetään yleisesti NMR-kuvaukses-sa.

Yleensä staattista magneettikenttää Bq käytetään NMR-kuvauspulssien koko sarjan ajan ja vastaavasti se on jätetty pois kaikista NMR-pulssisarjoja esittävistä kuvista. On edullista aluksi tarkastella magneettikenttägradienttien ja RF-magneettikenttäpulssien tehtäviä NMR-kuvauksessa.

Magneettikenttägradientit ovat tarpeen koodittamaan avaruustie- 7 78565 don NMR-signaaliin . Jos magneettikenttägradientti pitkin kuvaus-tilaa on paikan funktio, niin on resonoiva jaksoluku u. Itse asiassa kuvausgradientti on lineaarinen, jaksolukuspektri on yksiulotteinen projektio NMR-signaalijakautumasta pitkin gradientin suuntaa. Käytetään tyypillisesti kolmea kohtisuoraa mag-neettikenttägradienttia

Gx(t) · )Vl> (2)

Vt> aVs* oi yt) - aB0/,z (4)

Gradientit Gx» Gy ja Gz ovat vakioita läpi koko kuvaustilan 102, (kuva 1), mutta niiden voimakkuudet ovat tyypillisesti ajasta riippuvia. Gradientteihi n liittyvät magneettikentät on merkitty vastaavasti b^, by ja bjoissa bx = Gx(t)x (5) by = Gy(t)y (6) b2 - Gz(t)z (7) kuvaustilassa.

RF-magneettikenttäpulsseja käytetään NMR-kuvauksessa magnetoimaan ydinspinit resonanssiin. RF-pulssin jaksoluku resonanssin aikaansaamiseksi on sama kuin yhtälöllä (1) määritetty kierteliikejak-soluku u)· Seuraavassa pohdinnassa viitataan 90° RF-pulsseihin ja 180° RF-pulsseihin. Lyhyesti 90° RF-pulssi aikaansaa magnetoin-nin M kiertämään 90° akselin ympäri, joka on määritetty käytetyllä RF-magneettikenttävektorilla suositun kierron puitteissa resonanssi jaksoluvulla Z-akselin ympäri verrattuna suosituksiin laboratorion puitteissa. Täten, jos positiivinen Z-akselin suunta on otettu staattisen magneettikentän BQ suunnaksi, 90° RF-pulssi aikaansaa magnetoinnin M pitkin BQ:aa kiertämisen esimerkiksi poikittaiseen tasoon, jonka määrittävät x- ja y-akselit. Vastaavasti 180° RF-pulssi aikaansaa magnetoinnin M kiertämisen 180° akselin ympäri, joka on määritetty käytetyllä RF-magneettikenttävektorilla suositun kierron puitteissa resonanssijaksoluvulla U> Z-akselin ympäri verrattuna suorituksiin laboratorion puitteissa (esim. positiivisesta Z-akselin suunnasta negatiiviseen Z-akse-lin suuntaan). 180° RF-pulssin kääntövaikutus magnetoinnissa M pitkin BQ:aa voidaan myös aikaansaada tekniikalla, joka tunnetaan adiabaattisena kiinteänä käytävänä. RF-magneettikenttäpulssit suunnataan kohtisuoraan tasoon, esim. pitkin X-akselia.

8 78565 NMR-peruskäsitteitä on täydellisemmin käsitelty Thomas C. Ferrarin ja Edwin D. Beckerin kirjoituksessa "Pulse and Fourier Transform NMR, Introduction to Theory and Methods", Academic Press,

New York (1971), joka on liitetty suosituksin tähän taustamateriaaliksi.

Nyt viitataan kuvaan 2, joka kuvaa yhtä NMR-pulssisarjaa esillä olevan keksinnön mukaan. Paksun tasolaatan 102 (kuva 1) valinta ja sen ydinspinien magnetoiminen pohditaan ensin alkaen aikavälillä 3, joka esitetään pitkin vaakasuoraa akselia kuvassa 2. Aikavälin 3 kuluessa kuvauskohde 100 on pakotettu positiivisen magneettikenttägradientin Gz alaiseksi niin, että kuvauskohde on alistettu koko Z-akselin suuntaiselle magneettikentälle, jonka muodostaa magneettinen kenttägradientti G^ ja staattinen magneettikenttä Bq. Suunnilleen aikavälinä keskipisteessä kohdetta 100 säteilytetään selektiivisellä 90° RF-pulssilla. 90° RF-pulssin jaksolukusisältö on valittu ennalta magnetoimaan ydinspinit paksussa laatassa 102, jossa magneettikentän voimakkuus on määrätty yhtälöllä (1). Alueen 102 ulkopuolella olevat ydinspinit jäävät pääasiassa RF-pulssien vaikutuksen ulkopuolelle. 90° RF-pulssin "selektiivinen” luonne on näin ilmeinen.

90° RF-pulssi on mieluummin kantoaalto amplitudimoduloituna (sin bt)/bt:llä, jossa t on aika ja b on vakio.

Tässä tapauksessa paksun tasolaatan paksuusprofii1i on suunnilleen nelikulmainen. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää muita jaksoluku-selektiivisiä 90° RF-pulsseja, ehdolla että resu 1 toivaila paksulla tasolaatalla on suunnilleen nelikulmainen muoto.

90°RF-pulssin jaksolukunauhan leveys on määrätty usealla halutulla tomograafisella osakuvalla 104. Jos halutaan vain 10 osakuvaa, nauhan leveys valitaan magnetoimaan ydinspinit paksussa tasolaatas-sa 102, joka on noin 20-150 mm paksu (10 osaa x 2-15 mm/osa).

Aikavälillä 4a negatiivista Gx magneettikenttägradienttia käytetään ydinspinien vaiheen muuttamiseen X-akselin suunnassa ennalta annetussa määrin. Positiivista kuvausmagneetti kentän gradient-tia G^ käytetään aikavälillä 5 kääntämään ydinspinien vaiheenmuu-tossuunnan niin, että ydinspinit jälleen vaiheistuvat ja tuotta 9 78565 vat täyden spirv-kai kusignaal in (aikaväli 5), joka voidaan havaita aikana, jolloin G^ magneettikenttägradientti on vakio. Negatiivisen Gx lohkon puuttuessa aikavälillä 4 NMR-signaa1i voi tapahtua johonkin aikaan aikavälin 4 lopussa ja aikavälin 5 alussa.

On tärkeää hankkia käyttökelpoinen avanuustieto sellaisesta NMR-signaalista, koska voi olla rajallinen aikaväli, jolloin kuvaus-gradientti G^ on väistyvä ja sen tarkka voimakkuus on tuntematon. Resultoiva avaruustieto voi olla pahoin vääristynyt eikä sitä voida normaalisti käyttää.

Samanaikaisesti negatiivisen magneettikenttägradientin G^-lohkon kanssa aikavälillä 4 käytetään myös vaiheenkooditus magneettikentän gradientin G^-lchkoa, jolla on niistä poikkeava eroamplitudi (kuten katkoviivoin on esitetty). Gy-gradientti koodittaa avaruus-tietoa V-akselin suunnassa panemalla alkuun kierteen ydinspinien suuntautumisessa multippeli 11ä 2 TT. Kuva 3a esittää kuvallisesti ydinspinien profiilin (käännettynä 90° positiivisesta Z-akselin suunnasta) ennen vaiheenmuuttogradientin Gy käyttöä. Gy-gradien-tin käyttämisen seurauksena ydinspinit on kierretty yhden kierroksen, kuten kuvassa 3b on esitetty. Gy-gradientin jokainen erilainen amplitudi aikaansaa eriasteisen kierteen (vaiheen koodaus). Gy—gradientin amplitudien lukumäärä rekonstruoidussa tomograafi-sessa osakuvauksessa Y-akselin suunnassa. Aikavälien 3, 4 ja 5 pulssisarjat on toistetty gradientin Gy eri amplitudeille ny tuottamaan ny spin-kaikusignaalia aikavälillä 5. Käytännössä signaaleilla on määrätty keskiarvo useita kertoja ennen G -gradientin viemistä tarkoituksella parantaa signaali-kohinasuhdetta. Tyy- pillisesti ny on 12Θ tai 256.

Gz-magneettike n ttägradientti aikavälillä 4 on summa komponenteista, kuten seuraajassa määritetään. Ensimmäinen G^—komponentti on negatiivinen Gz~lohkb, joka on tarpeen vaiheistamaan uudelleen koko laatan 102 (kuva 1) aikavälillä 3 magnetoidut ydinspinit (kuva 2). Uudelleenvaiheistus on tarpeen, koska vaikkakin magnetoidut ydinspinit liikkuvat samal la jaksoluvulla, niillä on eri vaiheet mistä johtuu NMR-signaalin huononeminen. Positiivisen Gz~ lohkon aikavälillä 3 suhde uude1leenvaihei stus-Gz-lohkoon aikavälillä 4 on seuraava:

JndtGz = -1/2^dtGz ( Θ ) jossa^/^ Qn integraali gradientin Gz aallonmuodosta yli aikavälin 10 78565 4 on integraali gradientin Gz aal lonmuodosta yli aikavälin 3.

Gradientin Gz toinen komponentti aikavälillä 4 on vaiheen koodaus-lohko, joka tekee mahdolliseksi vaihekoodata avaruustieto läpi koko laatan 102 paksuuden (ts. Z-akselin suunnassa, kuva 1).

Gz~magneettikenttägradientti on esitetty aikavälillä 4 yksinkertaisena Gz~lohkona, koska kahden komponentin toiminta on lineaarisesti riippumaton ja siksi voidaan yhdistää muodostamaan summa, joka suorittaa sekä uude11eenvaiheistamisen, että vaihekoo-daustoiminnan samanaikaisesti. Magneettikenttägradientin Gz amplitudi pidetään vakiona aikavälillä 4, kun taas magneettikenttägradientti Gy esitetään n^— ampl i tudi 1 la . Spirt--kaikusignaal ien n^ havaitsemisen jälkeen aikavälien 3, 4 ja 5 pulssisarjat toistetaan vaihekoodausgradientin Gz eri amplitudilla (kuten katkoviivoin on esitetty). Gz~gradientin amplitudien lukumäärä, on yhtä suuri kuin tomograafisten osien 104 (kuva 1) lukumäärä.

Spin~kaikusignaalien tarvittava lukumäärä sen avaruustiedon hankkimiseksi, joka on tarpeen n -osakuvalle on (n )‘(n ).

z y z

Avaruusvalikointi X-akselin suunnassa on aikaansaatu havaitsemalla spinkaikusignaali aikavälillä 5 magneettikentän kuvausgradien-tin G^ läsnä ollessa, joka uudelleen vaiheistaa ydinspinit, joiden vaihe on negatiivisen G^-gradienttilohkon muuttama aikavälillä 4. Tarkoituksella saada uudelleen vaiheist ustapahtumaan G^-gradientit aikaväleillä 4 ja 5 (kuva 2) on valittu siten, että:

Ay Ay (9> *0 *0

Spin-kaikusignaali on kerätty (nel iöimäl lä) ηχ kertaa aikavälillä 5, jossa n on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä, joita tomo-graafisella osakuvalla on X-akselin suunnassa (tyypillisesti ηχ=η^). Havaittu spin-kaikusignaali edustaa avaruustiedon projektiota läpi koko paksun laatan 102 X-akselilla.

Täten paksu laatta 102 on jaettu nx*ny'nz osakuvaan, jotka on hankittu tunnetulla kolmiulotteisella epäjatkuvalla Fourier-analyysi- n 78565 tekniikalla. Kerran kerättyjä η^·η^*ηζ osakuvia voidaan myös käyttää tuottamaan tasokuva missä kulmassa tahansa läpi paksun taso laatan.

Edellä kuvattu pulssisarja tuottaa avaruustiedon suhteellisesti ydinspinjakautumasta. Jos kuvassa 2 esitetty koko pulssisarja on suoritettu, alkaa 180° RF-pulssilla (tai adiabaattisella kiinteällä käytävällä) aikavälillä 1, aikavälillä T ennen positiivisen Gz-magneettikenttägradientin käyttöä aikavälillä 3, silloin aikavälillä 5 havittu signaali sisältää sekä ydinspintiheyden että T^—relaksaatioaikatiedon (selostetaan jäljempänä). Tätä signaalia kutsutaan S2:ksi. T>j-arvojen likimääräinen jakau-tuma voidaan laskea yhtälöstä T1 = T/ln(2S1/S1-S2) (10)

Toinen menetelmä ydinspintiheyden ja ^-tiedon hankkimiseksi on toistaa pulssisarja (vain aikavälit 3, 4 ja 5) toistojaksolla, jonka tarkoituksena on ainakin kuvauskohteen relaksaatioaika T^'T^ voi olla noin 0,03 ja 3 sekunnin välillä ollen 0,3 tyypillinen ihmiskehon kuvauksessa. Toistojakso voi täten olla noin 0,03 ja 3 sekunnin välillä, mutta mieluummin noin 0,1 ja 1 sekunnin välillä. Tämä aikaansaa noiden ^-komponenttien pienenemisen tai kyllästämisen kuvauskohteessa pitemmillä T-j-relaksaatioajoi 1 -la verrattuna lyhyempiin komponentteihin.

Avaruusjakautuman T^-arvoja koskeva tieto voidaan myös hankkia toistamalla pulssisarja, kuten kuvassa 2 on esitetty (aikavälit 1-5), toistojaksolla noin 0,03 ja noin 3 sekunnin välillä, mutta mieluummin 0,1 ja 1 sekunnin välillä. Pulssisarja toistetaan nopeasti niin, että magnetoinnilla ei ole aikaa palautua tasapainoonsa sarjojen välillä.

Taustan tavalla T^:tä on verrattu "spinhilaan" tai "pitkittäiseen" relaksaatioaikaan . T>j kuvaa ydinspinin palautumistapahtumaa tasapainoon; ts. ydinspinien taipumusta asettua staattisen magneettikentän Bq suuntaan magnetoinnin lakkaamisen jälkeen. Tasapainotilaan palaamisen nopeus on riippuvainen siitä, kuinka nopeasti energia voi siirtyä ympäröivään materiaaliin (tunnettu myös hilana). T.| voi vaihdella muutamasta millisekunnista nesteessä minuut 12 78565 teihin tai tunteihin kiinteissä kappaleissa. Biologisessa kudoksessa tyypillinen alue on noin 30 millisekunnista 3 sekuntiin· T^-relaksaatioai ka samoin kuin toinen relaksaatioaika (selostettu alla) biologisessa kudoksessa eroaa tyyppiin, ikään ja kudoksen terveyteen nähden täten hankkien luontaisen vastakkaismeka-nismin pehmeälle kudosvalikoinnille NMR-kuvissa ja lisäksi kyeten ilmaisemaan erilaiset epänormaalit kudosolosuhteet.

T2» poikittainen relaksaatioaika tai "spin-spin" relaksaatioaika, on mitta sille, miten kauan magnetoidut ydinspinit värähtelevät vaiheessa. RF-pulssin jälkeen ydinspinit ovat vaiheessa ja liikkuvat yhdessä. Jokainen ydinspin käyttäytyy magneetin tavoin, joka synnyttää magneettikentän, joka vaikuttaa toisiin pyöriviin ytimiin ympäristössään ( spin-spin-vuorovaikutus). Kun jokainen spin kokee hiukan erilaiset magneettikentät, se liikkuu eri nopeudella ja muuttaa eri tavalla vaihetta muihin spineihin nähden heikentäen havaittua NMR-signaalia. T2 voi vaihdella muutamasta mikrosekunnista kiinteissä kappaleissa sekunteihin nesteissä ja on aina pienempi tai yhtä suuri kuin T^. Biologisessa kudoksessa alue on noin 5 millisekunnista 3 sekuntiin.

Jos magneettikentässä BQ itsessään on luontaisia epähomogeenisuuk-sia (kuten usein on laita käytännön magneeteissa), ne aiheuttavat lisää vaiheen muutoksia, mikä nopeuttaa NMR-signaalin vaimenemista. Tämä sen vuoksi, että eri avaruuskohdissa olevat spinit ovat alttiina hieman erilaisille magneettikenttäarvoille ja siten resonoivat hiukan erilaisilla jaksoluvuilla. Tämä uusi vaimenemis-aika, joka sisältää magneettiepähomogeenisuuksien vaikutukset, on merkitty T* (T2 tähti), missä T* —T

NMR-kuvaustekniikat T* :n vaikutusten voittamiseksi taso-NMR-ku-vauksessa on selostettu ja vaatimukset esitetty hakemuksessa Serial No. (RD-13905), jättäneet samat keksijät kuin tässäkin ja annettu tehtäväksi samalle valtuutetulle kuin nyt esillä oleva keksintö. Tämä hakemus on liitetty tähän suosituksessa.

Nyt viitataan kuvaan 4, joka esittää pulssisarjaa T^ vaikutusten voittamiseksi kolmiulotteisissa NMR-kuvausmenete Imissä. Pulssisar-ja on samanlainen kuin kuvassa 2 esitetty muutamin tärkein poik 13 78565 keuksin. Kuvan 4 aikavälillä 4 magneettikenttägradientin ΰχ (kuva 2) negatiivinen vaiheenmuuttolohko korvataan Gx~magneettikent-tägradientin positiivisella vaiheenmuuttolohkolla, ja 180° RF epä-selektiivistä kääntöpulssia käytetään aikavälillä 4a (kuva 4), jota seuraa lyhyt odotus noin 0,1 ja 1 millisekunnin välillä, jotta gradienttikelan käämien virtojen annetaan lakata. 180° RF-puls-sia käytetään aikavälin^ lopussa seuraten 90° RF-pulssin käyt-töä aikavälillä 3, jossa /f on aika 90° RF-pulssin keskimääräisen käytön ja 180u RF-pulssin keskimääräisen käytön välillä ja on tyypillisesti noin 5 millisekuntia. 180° RF-pulssin tarkoitus on kääntää niiden ydinspinien vaiheenmuuttosuunta, joiden vaihe on muutettu T* tapahtumassa niin, että ensimmäinenspin-kaiku tapahtuu aikavälin Y lopussa seuraten 180° RF-pulssia. 180° RF-pulssi voi myös aikaansaada toisen spin-kaiun esiintymisen johtuen gradientin ΰχ tuottamasta spinien vaiheenmuutosta ja uudelleenvai-heistuksesta. Toisen spin-kaiun esiintymisen aika on riippuvainen alkuperäisestä vaiheenmuuttoasteesta aikavälillä 4. Täten tarkoituksella voittaa T~:n vaikutukset, on tarpeen säätää G -gradientin

c. A

vaiheenmuuttopulssin suuruutta, jota käytetään aikavälillä 4 niin, että toinen spin-kaikusignaali myös esiintyy aikavälin lopus-sa seuraten 180° RF-pulssin käyttöä. 180° RF-pulssin käyttäminen yhdessä uudelleenvaiheistusgradientin kanssa aikaansaa samaan aikaan spin-kaikusignaalien udaelleenvaiheistuksen tuottamaan yhdistetyn NMR-signaalin, kuten aikavälillä 5 on esitetty.

Tarkoituksella saada samaan aikaan kaksi spin-kaikua integraalin Gx—gradientin aallonmuotoista aikaväleillä 4 ja 5 (kuva 4) täytyy tyydyttää ehto, että

Λ A

Λ Gxdt A Gxdt C11) O 1

Vaikka magneettikenttägradientti G on kuvattu aikavälillä 4 si- Λ nikäyrän positiiviseksi puo1ikkaaksi, se voi olla minkä muotoinen tahansa kun vain huolehditaan, että yhtälö (11) on tyydytetty. Esimerkiksi gradientti Gx voisi olla joko Gaussin käyrän tai ne-likulmion muotoinen.

Kuvan 4 pulssisarjaa voidaan käyttää hankkimaan ydinspin ja T^ avaruusjakautuman tietoa, samalla tavalla kuin tähän mennessä on 14 78565 selostettu viittaamalla kuvaan 2, käyttämällä joko 100° RF epä-selektiivistä kääniöpulssia tai adiabaattista kiinteää käytävää aikavälillä 1 tai toistamalla pulssisarja alkaen aikavälillä 3. T^-tieto yksin voidaan hankkia toistamalla koko pulssisarja alkaen aikavälillä 1 aikaisemmin kuvatulla tavalla. Edelleen T2"ava-ruusjakautuma voidaan hankkia säätämällä pulssisarjan aikaväliä «'f (90° RF-pulssin ja 180° RF-pulssin välillä) käsittäen aika- välit 3, 4, 4a ja 5 siten, että 'f on kuvauskohteen T9:n luokkaa. Aika <f voidaan säätää 2 ja 1500 millisekunnin välille tyypil-

O

lisen arvon ollessa 30 millisekuntia. Tämä huolehtii ydinspin-kaiun pienentämisestä T^-relaksaatioajän mukaan kohteessa, täten hankkien T2”kuvan. Yhdistetty T^ja T2-kuvaustieto voidaan hankkia joko säätämällä koko pulssisarjassa kuvassa 4 aikavälejä T ja <f , tai säätämällä toistojaksoa aikavälillä 1 alkaen puis-□ sisarjan ja aikavälin välillä, jonka sisällä aikarajat on 3 määritetty tätä ennen. T^.-ja T2-tieto voidaan myös hankkia säätämällä <<a tuottamaan Tj-tiedon ja toistamalla aikavälillä 3 alkava sarja hankkimaan T^-tiedon. Resultoiva pulssisarja tuottaa spin-kaikusignaalin, joka sisältää molemmat T^- ja T2~kuvaustiedot.

Avaruustiedon keräystoimintaa voidaan vauhdittaa käyttämällä kuvissa 5 ja 6 esitettyjä pussisarjoja. Kuvan 5 aikavälit 1-5 ovat pääasiassa identtiset samoin numeroitujen aikavälien kanssa kuvassa 2, kun taas aikavälit 1, 2, 3, 4, 4a ja 5 kuvassa 6 ovat pääasiassa identtiset samoin numeroitujen aikavälien kanssa kuvassa 4 .

Viitaten ensin kuvaan 5, tärkeät peruspiirteet ovat G^in suunnan-vaihto tuottamaan monta spin-kaikua, ja erilaisten vaiheenmuutto-gradienttien Gz ja Gy käyttö yhdessä aikavälillä 4 olevien kanssa, jotka myös ilmenevät kuvassa 2.

Kuvassa 5 esitettyä sarjaa esimerkiksi voidaan käyttää kuvassa 2 käytetyn sarjan parantamiseen (ilman pulssikoodausgradienttien Gy ja G^ käyttöä aikaväleillä 6, Θ, 10, jne.) yksinkertaisesti lisäämällä spin-kaikuja ( jotka tuotetaan G :n suunnanmuutoksella)

X

aikaväleillä 7, 9,jne., ottamalla huomioon ajankääntövuorottelu-kaiut ennen lisäystä parantamaan signaali-kohinasuhdetta. Jos on kerätty n kaikua, silloin signaali-kohinasuhde paranee suun nilleen kertoimella f; siihen pisteeseen, missä kaikusignaalit tulevat merkittävästi pienennetyiksi vaimennuksella.

Il 15 78565

Gy-ja Gz-vaihekoodausgradientteja aikaväleillä 6, 8, 10 jne.

voidaan käyttää lyhentämään tiedon keräämisaikaa. Tarkoitukse1la hankkia tarvittava avaruustieto tuottamaan kuvan n ·η *n osaku- x y z valla on välttämätöntä kerätä vähintäin ny’nz signaalia. Jokaisen näistä signaaleista täytyy vastata ainutlaatuista kokonaislukupa-ria, esimerkiksi k , kz siten, että n n n n • f - \ 5 -i - ' - t - k2 -ύ - 1 <12) ja S ( x, y, z, ky, kz, t) = S( x, y, z, 0,0, t) exp i exp i riz (13) missä S(x,y,z,ky,kz,t) on NMR-signaali, joka on tuotettu kuvauskohteesta pisteessä (x,y,z) luonnehdittuna kokonaisluvuilla ky, kz seka 2tfk y 21tk z

Vt1 · tz-r1- M4) y z

Yhtälöissä 13 ja 14 i merkitsee ja riy ja e5z merkitsevät sig naalin vaiheen muutosta Y- ja Z-akselien suunnissa vastaavasti.

Ly ja Lz ovat kuvausaukon pituliksia Y- ja Z-akselien suunnissa vastaavast i.

Kuvassa 2 jokainen pulssisarja tuottaa vain yhden osasuorituksen ky, kz* ja sitä täytyy käyttää ny*nz sellaista sarjaa. Tämä ottaa aikaa ny *n2,rf» missä on aika pulssisarjojen välillä (tyypillisesti 0,05 sekunnista 1 sekuntiin). Jos toisaalta on m kaikua magnetointia kohtij on välttämätöntä käyttää vain Hy'n^/m sellaista sarjaa antamaan täyden avaruustiedon.

Esimerkki sarjasta, joka kerää kaiken vaaditun kuvaustiedon on seuraava. Ensimmäisessä magnetoinnissa gradienttipulssia Gz käytetään aikavälillä 4, joka sisältää uudelleenvaiheistuskomponen-tin Gz1(t), ja vaiheenkoodauskomponentin G^tt) niin, että ' YLz^tGz2m (15) Y'on gyromagneettinen suhde. Myös aikavälissä 4 on vaiheenkoo-daus-y-gradientti Gy(t) sellainen, että

Yl . -21Γ- ^ (16) is 78565

Myöhemmin aikaväleissä 6, 8, jne. käytetään lisäksi Gy-gradientti-pulsseja siten, että YLy/dtGy[t> -YS/dtGy(t) ‘ ’ - · - 21Γ Tässä esimerkissä ei käytetä mitään lisägradienttipulssia G^.

On huomattava, että vaihekierrokset pitkin Y-akselia multippeli-kaikuja varten ovat kumulatiivisia, ts. j-1isägradienttipulssin jälkeen koko siirtymä Δ0 kuvausaukon ääripäiden välillä Y-akselin suunnassa on annettu yhtälöllä n Δύ = -2lT^ ♦ 21tj MB)

Jos voidaan hankkia n^-kaikua, silloin seuraava magnetointisarja on identtinen ensimmäisen kanssa paitsi että ensimmäinen G^tt) on valittu tyydyttämään ehdon S" n Y'L2 /dtGz2(t) = * 1)2li (19) ja nz sellaista sarjaa on sitten hankittu täydentämään avaruus-tiedon keräilyn.

Kuva 6 on pulssisarja, joka on samanlainen kuin kuvassa 5 paitsi että 180° RF-pulsseja käytetään aikaväleissä 6, 8, jne. tuottamaan spin - kaikusignaa1it aikaväleissä 5, 7, jne. vastaavasti.

180° RF-pulssien käyttö on toivottavaa,' koska (kuten kuvaan 4 viitaten on selostettu) sellaiset pulssisarjat voittavat T^-vaiku-tukset, jotka johtuvat epähomogeenisuuksista staattisessa magneettikentässä B , kun taas G -gradientin (kuva 5) kääntäminen o x ei sitä tee. Kuten kuvassa 4, G -gradienttipu1ssien täytyy tyy-

X

dyttää ehto ^y^§tGx =J*7dtGx,J^ §tGx J^%tGx----jne.

Pitäisi olla selvää, että on olemassa suuri määrä G -ja G -puls- y x sivaihtoehtoja, joita voidaan käyttää tuottamaan täydellinen sarja avaruusin-formaatiota sisältäen lisäksi Gz-pulssit aikaväleillä 6, 8, 10, jne., kuvissa 5 ja 6. Ainoa vaatimus on, että kaikki ko-

II

17 78565 kovaihevuoron parit (Ae$y, Δό^), jotka on synnytetty G^-ja G^-puls-seilla, tyydyttävät (Ady, Ari.,) = 21T( k , k^), missä n n n ky = ~~2 ’ ~~2~ + 1'...... ~2~ "1* n n n

kz · ~T . -f * 1.......T -1J

käytetään vähintäin yhdessä signaalissa.

Kuva 7 on yksinkertaistettu blokkikaavio IMMR-kuvausmenetelmän suuremmista komponenteista* joka sopii käytettäväksi edellä kuvatun keksinnön NMR—pulssisarjojen kanssa. Järjestelmä, yleis-merkintä 400, on tehty pääasiassa minitietokoneesta 401, joka on toiminnallisesti kytketty kiekkomuistiyksikköön 402 ja jakopin-tayksikköön 405. RF-lähetin 402, signaalin keskiarvon laskija 404 ja gradienttien voimansyöttölaitteet 406, 40B ja 410 energian saantia varten, vastaavasti x, y, z gradienttikelat 416, 416 ja 420 on kytketty tietokoneen 401 jakopintayksikön 405 välityksellä.

Lähetin 402 saa pulssiverhokäyrät tietokoneesta 401 synnyttämään RF-pulssit, joilla on vaadittu modulaatio resonanssin herättämiseksi tutkittavassa kohteessa. RF-pulssit vahvistetaan RF-voima-vahvistimessa 412 tasoille, jotka vaihtelevat 100 watista muutamiin kilowatteihin, riippuen kuvausmenetelmästä ja käytetään lä-hetinkelaan 424. Korkeammat voimatasot ovat tarpeen suurille näy-tetilavuuksi1le kuten koko kehon kuvaus ja missä lyhytaikaisten pulssien täytyy magnetoida suuret NMR-jaksolukukaistaleveydet.

NMR-signaali tajutaan vastaanotinkelassa 426, vahvistetaan matala-häiriöäänisessä esivahvistimessa 422, ja toimitetaan edelleen vahvistettavaksi, ilmaistavaksi, ja suodatettavaksi vastaanottimelle 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 verhokayrämodulaatiosta NMR-pulsseille, salpaamisesta esivahvistimel1 e ja RF-voimavahvistime 1-le, ja jännitteen aallonmuodoista gradientin voimansyöttäjälle.

ie 78565

Tietokone suorittaa myös tietojen käsittelyn kuten Fourierip muuntamiset, kuvan toistot, tietojen suodatuksen, kuvan näytön ja muistitoiminnot (jotka kaikki ovat tämän keksinnön ulkopuolella).

Lähetin- ja vastaanotinkelat voivät jos halutaan, käsittää erillisen kelan. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää kahta 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 42B (kuva 7) aikaansaaman staattisen magneettikentän Bq suuntaa vastaan. Kelat on eristetty järjestelmän jäänteistä sulkemalla ne RF suojattuun häkkiin. Kolme tyypillistä RF-kelamuotoa on eristetty kuvissa 8a,

Bb ja Bc. Kaikki nämä kelat tuottavat RF-magneettikentät x suunnassa. Kuvissa Bb ja 8c kuvatut kelamuodot ovat sopivia magneetti geometri o i 1 1 e , joita varten näytetilan akseli on samansuuntainen pääkenttään Bq nähden (kuva 1). Kuvassa Ba esitetty muoto on käytettävissä geometrioille, joita varten näytetilan akseli on kohtisuorassa pääkenttään BQ nähden (ei esitetty).

Magneettikentän gradienttikelat 416, 41Θ ja 420 (kuva 7) ovat tarpeen tuottamaan gradientit G^, G^ ja Gz vastaavasti.

Tässä selostetuissa kuvauspulssisarjoissa gradienttien tulee olla monotonisia ja lineaarisia koko näytetilassa. Moniarvoiset gra-dienttikentät aiheuttavat asteikon pienenemisen NMR-signaalitie-doissa, tunnettu nimellä aliasing, mikä johtaa suuriin kuvahäi-riöihin. Epälineaariset gradientit aiheuttavat geometrisia vää-ristyksiä kuvassa.

Kuvissa 9a ja 9b on esitetty gradienttikelojen muoto, joka on sopiva magneettigeometrioi1le, joissa näytetilan akseli on samansuuntainen pääkentän Bq kanssa. Jokainen gradientti Gx ja G^ on tuotettu käämiryhmällä kuten ryhmät 300 ja 302 kuvassa 9a. Kuvassa 9a esitetyt kelaiyhmät tuottavat gradientin G . Gradientin G

o * y tuottavat kelaryhmät on kierretty 90 näytetilan sylinteriakselin 106 (kuva 1) ympäri kelaan nähden, joka tuottaa gradientin G^. Z-gradientti on tuotettu kelaparilla kuten kelat 400 ja 402 kuvassa 9b.

Il 78565 1 9

Edellisestä lienee käynyt selväksi, että NMR-pulssisarjat esillä olevan keksinnön mukaan aikaansaavat parannetun kolmiulotteisen kuvausmenetelmän, jossa kuvaustieto hankitaan samanaikaisesti NMR—kuvausnäytteen valitusta ja kontrolloidusta tilasta. Pulssi-sarjat sallivat tiedon keräämisen ja uudelleen järjestämisen tarvitseman ajan lyhentämisen. Kun kuvattavan tilan koko on kont-rolloitavasti valittu, dynaaminen sarja voidaan aikaansaada elektronisen kuvausjärjestelmän rajoissa.

Kun tämä keksintö on ollut ja selostettu erikoisesti viittaamalla toteutuksiin ja esimerkkeihin, muut muotoilut ja muunnokset ovat sallittuja asiaa ymmärtäville edellä olevien opetusten tavalla ja tarkoituksella. Lisäksi lienee tullut ymmärretyksi, että oheisten vaatimusten puitteissa keksintö voidaan toteuttaa toisin kuin yksityiskohtaisesti on kuvattu.

Claims (44)

1. NMR-kuvausmenetelmä, jossa käytetään selektiivistä magne-tointia paksun tasolaatan ydinspinien magnetoimiseksi kuvauskohteessa, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä, tunnettu siitä, että a. magneettikenttägradienttia käytetään ensimmäisellä ennalta määrätyllä aikavälillä pitkin mainitun kuvauskohteen (100) ensimmäistä akselia; b. mainittua kuvauskohdetta (100) säteilytetään ensimmäisen aikavälin kuluessa jaksolukuselektiivisellä RF-pulssilla niin, että se magnetoi enemmistön ydinspinejä mainitun kuvauskohteen mainitussa paksussa tasolaatassa (102) siten, että mainittu paksu tasolaatta on valittu sijaitsemaan alueella, jolla NMR-signaalit ilmaiseva vastaanotinkela (426) on herkkä ; c. toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, joka seuraa mainittua ensimmäistä aikaväliä: 1. ensimmäistä magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainittua ensimmäistä akselia vaihekoodausta varten ydinspinavaruusjakautumatiedon saamiseksi pitkin mainittua ensimmäistä akselia ollen mainitulla ensimmäisellä magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri z amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin mainittu- z jen tomograafisten osakuvien lukumäärä ja suurempi kuin 1, 2. toista magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainitun kuvauskohteen (100) toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaiheen muuttamista varten, ja li 21 78565 3. kolmatta magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainitun kuvauskohteen (100) kolmatta akselia vaihekoodausta varten ydinspinavaruustiedon saamiseksi pitkin mainittua kolmatta akselia ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri amplitudista, missä ny on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä yhdessä mainitussa tomograafisessa osa-kuvassa pitkin mainittua kolmatta akselia; d. uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradienttia käytetään kolmannen edeltä määrätyn aikavälin kuluessa mainitun toisen aikavälin jälkeen, jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisella magneettikenttägradientilla niin, että se uudelleen vaiheistaa mainitut ydinspinit, joiden vaihe muutettiin mainitulla toisella aikavälillä tuottamaan spin-kaikusignaalin, jonka Fourier-muuntaminen on projektio ydin-spinavaruusjakautumatiedosta läpi koko mainitun paksun taso-laatan (102) mainitulla toisella akselilla; e. mainittu spin-kaikusignaali kerätään n kertaa mainitun uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin läsnä ollessa, missä ηχ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä yhdessä mainitun tomograafisen osan kuvissa pitkin mainittua toista akselia; f. edellinen vaihe toistetaan n kertaa mainitun kolmannen magneettikenttägradientin eri amplitudeille; ja g. edellinen vaihe toistetaan n kertaa mainitun ensimmäisen z magneettikenttägradientin eri amplitudeille; h. ja että tarvittava kolmiulotteinen kuvainformaatio tomograaf isten osakuvien sarjan muodostamiseksi mainitusta paksusta tasolaatästä (102) kerätään samanaikaisesti koko mainitusta paksusta tasolaatästä (102). 22 7 8 5 6 5

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäisen magneettikentän gradientti käsittää ensimmäisen komponentin mainittujen magnetoitujen ydinspinien uudelleenvaiheistusta varten ja toisen komponentin avaruustiedon vaihekoodausta varten mainitun ensimmäisen akselin suunnassa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin napaisuus käännetään vuorotellen mainittua kolmatta aikaväliä seuraavilla aikaväleillä tuottamaan paljon spin-kaikusignaa-leja; ja mainitut spin-kaikusignaalit lasketaan yhteen spin-kaikusig-naalien kääntövuorotteluajän jälkeen parantamaan niiden signaali-kohinasuhdetta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että edelleen mainittua paksua tasolaattaa (102) säteilytetään 180° RF epäselektiivisellä pulssilla noin 0,03-3 sekuntia ennen vaihetta a) siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon ydinspintiheyden ja T^:n jakautumasta ja mainitussa paksussa tasolaatässä (102).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut magnetoidut ydinspinit käännetään adia-baattisella kiinteällä käytävällä ennen vaihetta a) siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon ydinspintiheyden ja T^n jakautumista mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut vaiheet a-g toistetaan sisältäen vastaavat vaiheet mainitun paksun tasolaatan säteilyttä-miseksi mainitulla 180° RF-pulssilla ja mainittujen magnetoitu jen ydinspinien kääntäminen toistojaksolla 0,03 ja 3 sekun 23 78565 nin välillä siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon T^:n jakautumista mainitussa paksussa tasolaa-tassa (102).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheet a-g toistetaan toistojaksolla 0,03 ja 3 sekunnin välillä siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon ydinspintiheyden ja T^n jakautumista mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

8. Patenttivaatimuksen 1, 3, 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu jaksolukuselektiivinen pulssi käsittää kantoaallon moduloituna (sin bt)/bt:llä, missä b on vakio ja t on aika.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu selektiivinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° RF-pulssin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu paksu tasolaatta (102) sijaitsee kohtisuorassa mainitun kohteen ensimmäistä akselia vastaan.

11. Menetelmä NMR-kuvan muodostamiseksi, joka voittaa luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutuksen ydinspin-kaiun muodostamisessa, tunnettu siitä, että a. staattinen magneettikenttä ylläpidetään pitkin mainitun kuvauskohteen (100) ensimmäistä akselia; b. magneettikenttägradienttia käytetään ensimmäistä ennalta määrättyä aikaväliä varten pitkin mainitun kuvauskohteen mainittua ensimmäistä akselia (100); c. mainittua kuvauskohdetta (100) säteilytetään mainitun ensimmäisen aikavälin kuluessa jaksolukuselektiivisellä RF-pulssilla magnetoimaan paljon ydinspinejä mainitussa paksussa 24 78565 tasolaatassa (102) mainitussa kuvauskohteessa (100) siten, että mainittu paksu tasolaatta (102) on valittu sijaitsemaan alueella, jolla NMR-signaalit ilmaiseva vastaanotinkela (426) on herkkä; d. toinen ennalta määrätty aikaväli seuraa mainittua ensimmäistä aikaväliä, jossa käytetään 1. ensimmäistä magneettikenttägradienttia suunnattuna pitkin mainittua ensimmäistä akselia vaiheen koodaamiseksi ydinspinavaruusjakautumatietoa varten pitkin mainittua ensimmäistä akselia ollen mainitulla ensimmäisellä magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin mainittu z tomograafisten osakuvien lukumäärä ja suurempi kuin 1. 2. toista magneettikenttägradienttia suunnattuna pitkin mainitun kuvauskohteen (100) toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaiheen muuttamista varten ollen mainittu vaiheen muuttaminen lisänä ydinspinvaiheen muuttamiselle, jonka aikaansaavat mainitun staattisen magneettikentän luontaiset epähomogeenisuudet, ja 3. kolmatta magneettikenttägradienttia suunnattuna pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia ollen mainittu kolmas akseli kohtisuorassa mainittua toista akselia vastaan vaiheen koodaamiseksi ydinspinavaruusjakautumatietoa varten pitkin mainittua kolmatta akselia ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n erilaisesta amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin osakuvien luku- •J määrä yhdessä mainituista tomograafisistä osakuvista pitkin mainittua kolmatta akselia; li 78565 e. mainittua kuvauskohdetta (100) säteilytetään aikavälin ¥ di jälkeen seuraten mainitun jaksolukuselektiivisen RF-pulssin keskimääräistä esiintymistä ensimmäisellä 180° RF-pulssilla aloittamaan mainittujen magnetoitujen ydinspinien uudelleen-vaiheistamisen; f. uudelleenvaiheistusmagneettikentän gradienttia käytetään kolmannen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, joka seuraa mainittua toista aikaväliä, jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisen magneettikentän gradientilla siten, että aikavälin 't jälkeen seuraten mainittua 180° RF-pulssia a ydinspin-kaiku, jonka aikaansaa mainitun toisen magneettikentän gradientin johdosta vaihetta muuttaneiden ydinspinien uudelleenvaiheistus sattuu yhteen ydinspin-kaiun esiintymisen kanssa, joka johtuu mainitussa staattisessa magneettikentässä olevien luontaisten epähomogeenisuuksien johdosta vaihemuu-tettujen ydinspinien uudelleenvaiheistuksesta tuottaen mainitut ydinspin-kaiut yhdistetyn NMR-signaalin, jonka Fourier-muuntaminen on ydinspinavaruusjakautumatiedon projektio läpi koko mainitun paksun tasolaatan (102) mainitulla toisella akselilla; g. mainittu yhdistetty NMR-signaali kerätään ηχ kertaa, missä ηχ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä mainitussa tomo-graafisessa osakuvassa pitkin mainittua toista akselia; h. vaiheet (b-g) toistetaan ny erilaiselle mainitun kolmannen magneettikentän gradientin amplitudille; ja i. vaiheet (b-h) toistetaan n erilaiselle mainitun magneet-tikentän gradientin amplitudille. j. ja että tarvittava kuvainformaatio tomograafisten osakuvien sarjan muodostamiseksi kuvauskohteen paksusta tasolaatasta (102) kerätään samanaikaisesti koko paksusta tasolaatasta (102). 26 7 8 5 6 5

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäisen magneettikentän gradi-entti käsittää ensimmäisen komponentin mainittujen magnetoi-tujen ydinspinien uudelleen vaiheistamiseksi ja toisen komponentin avaruustiedon vaihekoodaamiseksi mainitun ensimmäisen akselin suunnassa.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 180° RF-pulssi toistetaan monia kertoja seuraten aikaväliä mainitun kolmannen aikavälin jälkeen tuottamaan vastaavan määrän spin-kaikusignaaleja; ja mainitut spin-kaikusignaalit lasketaan yhteen spin-kaikusig-naalien aika-kääntövuorottelun jälkeen parantamaan niiden signaali-kohinasuhdetta.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittua paksua tasolaattaa (102) säteilyte-tään toisella 180° RF epäselektiivisellä pulssilla noin 0,03 ja noin 3 sekunnin välillä ennen vaihetta b) siten, että mainittu yhteinen NMR-signaali sisältää ydinspintiheyden ja T^n avaruustiedon jakautumasta mainitussa paksussa tasolaa-tassa (102).

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainitut magnetoidut ydinspinit käännetään adiabaattisella kiinteällä käytävällä ennen vaihetta b) siten, että mainittu yhdistetty NMR-signaali sisältää avaruustiedon ydinspinien tiheyden ja T^n jakautumasta mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut vaiheet (b-i) toistetaan käsittäen vastaavat vaiheet mainitun paksun tasolaatan (102) säteilyttämisestä mainitulla toisella 180° RF-pulssilla ja mainittujen magnetoitujen ydinspinien kääntämisestä toisto-jaksolla noin 0,03 ja 3 sekunnin välillä siten, että mainittu

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu aikaväli X mainitun jaksolukuse- cl lektiivisen RF-pulssin vaiheessa c) ja mainitun ensimmäisen 180° RF-pulssin vaiheessa e) välillä on valittu alueelta noin 2 ja noin 1500 millisekunnin väliltä siten, että mainittu yhdistetty NMR-signaali sisältää T^rn ja T'2:n avaruus jakautuman mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

18. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu aikaväli X_ mainitun jaksolu-kuselektiivisen pulssin vaiheessa c) ja mainitun ensimmäisen 180° RF-pulssin vaiheessa e) välillä on valittu alueelta noin 2 ja noin 1500 millisekunnin väliltä siten, että mainittu yhdistetty NMR-signaali sisältää l^rn ja T2:n avaruusjakautu-matiedon mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

19. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vaiheet (b-i) toistetaan toistojaksolla 0,03 ja 3 sekunnin välillä siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon ydinspintiheyden ja T^rn jakautumasta mainitussa tasolaatassa (102).

20. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu aikaväli X mainitun jaksolukuse- 3 lektiivisen RF-pulssin vaiheessa c) ja mainitun ensimmäisen 180° RF-pulssin vaiheessa e) välillä on valittu alueelta noin 2 ja noin 1500 millisekunnin väliltä siten, että mainittu yhdistetty NMR-signaali sisältää avaruustiedon Tgin jakautumasta mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

20 7 8 5 6 5

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainitut vaiheet (b-i) toistetaan käsittäen vastaavat vaiheet X-'.n valitsemiseksi toistoalueella noin 3 0,03 ja noin 3 sekunnin välillä siten, että mainittu yhdis- 28 78565 tetty NMR-signaali sisältää T^n ja T2:n avaruusjakautumatie-don mainitussa paksussa tasolaatässä (102).

22. Patenttivaatimuksen 11, 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että integraali mainitun toisen gradientin aallonmuodosta aikana yli mainitun ensimmäisen aikavälin on valittu olemaan yhtä suuri kuin integraali mainitun uudelleenvaiheistusgradientin aallonmuodosta aikana yli aikavälin, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaväli . Cl

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu jaksolukuselektiivinen pulssi käsittää kantoaallon moduloituna (sin bt)/bt:llä, missä b on vakio ja t on aika.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu selektiivinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° RF-pulssin.

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu paksu tasolaatta (102) sijaitsee kohtisuorassa mainitun kohteen (100) mainittua ensimmäistä akselia vastaan.

26. Kolmiulotteinen NMR-kuvausmenetelmä, missä käytetään selektiivistä magnetointia magnetoimaan paksu tasolaatta (102) ydinspinejä kuvauskohteessa (100), joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä, tunnettu siitä, että a. magneettikenttägradienttia käytetään ensimmäistä ennalta määrättyä aikaväliä varten pitkin mainitun kuvauskohteen ensimmäistä akselia vastaten Z-akselia karteesisessa koordinaatti järjestelmässä ; b. mainittua kuvauskohdetta (100) säteilytetään mainitun ensimmäisen aikavälin kuluessa jaksolukuselektiivisella RF-pulssilla magnetoimaan paljon ydinspinejä mainitun kuvauskohteen (100) mainitussa paksussa tasolaatassa (102) siten, että 7 8565 mainittu paksu tasolaatta on valittu sijaitsemaan alueella, jossa NMR-signaalit ilmaiseva vastaanotinkela on herkkä; c. toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, joka seuraa mainittua ensimmäistä aikaväliä: 1. ensimmäistä magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainittua ensimmäistä akselia vaihekoodausta varten ydinspinavaruusjakautumatiedon saamiseksi pitkin mainittua ensimmäistä akselia ollen mainitulla ensimmäisellä magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin mainittu-jen tomograafisten osakuvien lukumäärä, 2. toinen magneettikenttägradientti suunnataan pitkin mainitun kuvauskohteen toista akselia vastaten X-akselia karteesisessa koordinaattijärjestelmässä magnetoitujen ydinspinien vaiheen muuttamista varten, ja 3. kolmas magneettikenttägradientti suunnataan pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia vastaten Y-akselia karteesisessa koordinaatti järjestelmässä vaihekoodausta varten ydinspinavaruustiedon saamiseksi pitkin mainittua kolmatta akselia ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri amplitudista, missä n^ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä yhdessä mainituista tomograafisistä osakuvista pitkin mainittua kolmatta akselia; d. uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradienttia käytetään kolmannen edeltä määrätyn aikavälin kuluessa mainitun toisen aikavälin jälkeen, jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisella magneettikenttägradientilla niin, että se uudelleen vaiheistaa mainitut ydinspinit, joiden vaihe muutettiin mainitulla toisella aikavälillä tuottamaan spin- 30 78565 kaikusignaalia, mikä on projektio ydinspinien avaruusjakautu-matiedosta läpi koko paksun tasolaatan (102) mainitulla toisella akselilla; ja e. mainittu spin-kaikusignaali kerätään n kertaa mainitun X uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin läsnä ollessa, missä ηχ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä yhdessä mainitun tomograafisen osan kuvissa pitkin mainittua toista akselia; missä mainitut ensimmäinen, kolmas ja uudelleenvaiheistus- magneettikenttägradientit on valittu tuottamaan (η^)*(ηζ) NMR-signaalia, mitkä Fourierin analyysillä tuottavat (n )*(n )*(n ) osakuvaa, jokaisen mainitun NMR-signaalin X y z vastatessa ainutkertaista kokonaislukuparia k^ ja kz, jotka on valittu niin, että ja missä NMR-signaali S(x,y,z,k ,k t) on tuotettu mainitusta y * paksusta tasolaatasta pisteessä (x,y,z) ja määritetty seuraavasti Sfx.y.z.ky.k^.t) * S(x,y,z,0,0,t)exp i φ^ exp 1 φ^ missä φ ja φ ovat jokaisen NMR-signaalin vaihekierroksia Y- y z ja Z-akselien suunnissa vastaavasti ja ovat määritetyt seuraavasti 2irk v 2*k z fy L * *z L ’ J y z 31 78565 missä i = Ήϊ, t on aika ja L ja L ovat kuvausaukon y z pituuksia Y- ja Z-akselin suunnissa vastaavasti, ja että tarvittava kuvainformaatio tomograafisten osakuvien sarjan muodostamiseksi mainitusta paksusta tasolaatasta (102) kerätään samanaikaisesti koko mainitusta paksusta tasolaatasta (102).

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu jaksolukuselektiivinen pulssi käsittää kantoaallon moduloituna (sin bt)/bt:llä, missä b on vakio ja t on aika.

27 V8565 yhdistetty NMR-signaali sisältää T^rn avaruustiedon mainitussa paksussa tasolaatässä (102).

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu selektiivinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° RF-pulssin.

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu paksu tasolaatta on kohtisuorassa mainitun kuvauskohteen (100) mainittua ensimmäistä akselia vastaan.

30. Patenttivaatimuksen 1 tai 11 tai 26 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että n on vähintään 2. z

31. Patenttivaatimuksen 1 soveltamiseen tarkoitettu NMR-kuvauslaitteisto, jossa käytetään selektiivistä magnetointia paksun tasolaatan ydinspinien magnetoimiseksi kuvauskohteessa, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää: a. elimet magneettikenttägradientin käyttämiseksi ensimmäisellä ennalta määrätyllä aikavälillä pitkin mainitun kuvauskohteen (100) ensimmäistä akselia; b. elimet mainitun kuvauskohteen (100) säteilyttämiseksi ensimmäisen aikavälin kuluessa jaksolukuselektiivisellä RF-pulssilla niin, että se magnetoi enemmistön ydinspinejä mainitun kuvauskohteen mainitussa paksussa tasolaatassa (102) 32 78565 siten, että mainittu paksu tasolaatta on valittu sijaitsemaan alueella, jolla NMR-signaalit ilmaiseva vastaanotinkela (426) on herkkä; c. elimet, joilla toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, joka seuraa mainittua ensimmäistä aikaväliä: 1. ensimmäistä magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainittua ensimmäistä akselia vaihekoodausta varten ydinspinavaruusjakautumatiedon saamiseksi pitkin mainittua ensimmäistä akselia ollen mainitulla ensimmäisellä magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n2 eri amplitudista, missä nz on yhtä suuri kuin mainittujen tomograafisten osakuvien lukumäärä ja suurempi kuin 1, 2. toista magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainitun kuvauskohteen (100) toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaiheen muuttamista varten, ja 3. kolmatta magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainitun kuvauskohteen (100) kolmatta akselia vaihekoodausta varten ydinspinavaruustiedon saamiseksi pitkin mainittua kolmatta akselia ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n^, eri amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin osakuvien v lukumäärä yhdessä mainitussa tomograafisessa osa-kuvassa pitkin mainittua kolmatta akselia; d. elimet uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin käyttämiseksi kolmannen edeltä määrätyn aikavälin kuluessa mainitun toisen aikavälin jälkeen, jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisella magneettikenttägradientilla niin, että se uudelleen vaiheistaa mainitut ydinspinit, joiden vaihe muutettiin mainitulla toisella aikavälillä II 78565 tuottamaan spin-kaikusignaalin, jonka Fourier-muuntaminen on projektio ydinspinavaruusjakautumatiedosta läpi koko mainitun paksun tasolaatan (102) mainitulla toisella akselilla; e. elimet mainitun spin-kaikusignaalin keräämiseksi ηχ kertaa mainitun uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin läsnä ollessa, missä ηχ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä yhdessä mainitun tomograafisen osan kuvissa pitkin mainittua toista akselia; f. elimet edellisen vaiheen toistamiseksi ny kertaa mainitun kolmannen magneettikenttägradientin eri amplitudeille; ja g. elimet edellisen vaiheen toistamiseksi n kertaa mainitun z ensimmäisen magneettikenttägradientin eri amplitudeille; h. ja elimet, joilla tarvittavan kolmiulotteisen kuvainfor-maation tomograafisten osakuvien sarjan muodostamiseksi mainitusta paksusta tasolaatasta (102) kerätään samanaikaisesti koko mainitusta paksusta tasolaatasta (102).

32. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäisen magneettikentän gradi-entti käsittää ensimmäisen komponentin mainittujen magnetoi-tujen ydinspinien uudelleenvaiheistusta varten ja toisen komponentin avaruustiedon vaihekoodausta varten mainitun ensimmäisen akselin suunnassa.

33. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää elimet, joilla mainitun uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin napaisuus käännetään vuorotellen mainittua kolmatta aikaväliä seuraavilla aikaväleillä tuottamaan paljon spin-kaikusignaa-leja; ja joilla 34 78565 mainitut spin-kaikusignaalit lasketaan yhteen spin-kaikusig-naalien kääntövuorotteluaJan jälkeen parantamaan niiden signaali-kohinasuhdetta.

34. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet, joilla edelleen mainittua paksua tasolaattaa (102) säteilytetään 180° RF epäselektiivi-sellä pulssilla noin 0,03-3 sekuntia ennen vaihetta a) siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon ydinspintiheyden ja T^n jakautumasta ja mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

35. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet, joilla mainitut magnetoidut ydinspinit käännetään adiabaattisella kiinteällä käytävällä ennen vaihetta a) siten, että mainittu spin-kaikusignaali sisältää avaruustiedon ydinspintiheyden ja T^:n jakautumista mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

36. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu paksu tasolaatta (102) sijaitsee kohtisuorassa mainitun kohteen ensimmäistä akselia vastaan.

37. Patenttivaatimuksen 11 soveltamiseen tarkoitettu laitteisto NMR-kuvan muodostamiseksi, joka voittaa luontaisen staattisen magneettikentän epähomogeenisuuden vaikutuksen ydinspin-kaiun muodostamisessa, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää: .. a. elimet staattisen magneettikentän ylläpitämiseksi pitkin mainitun kuvauskohteen (100) ensimmäistä akselia; b. elimet magneettikenttägradientin käyttämiseksi ensimmäistä ennalta määrättyä aikaväliä varten pitkin mainitun kuvauskohteen mainittua ensimmäistä akselia (100); c. elimet mainitun kuvauskohteen (100) säteilyttämiseksi mainitun ensimmäisen aikavälin kuluessa jaksolukuselektiivi- 35 78565 sellä RF-pulssilla magnetoimaan paljon ydinspinejä mainitussa paksussa tasolaatassa (102) mainitussa kuvauskohteessa (100) siten, että mainittu paksu tasolaatta (102) on valittu sijaitsemaan alueella, jolla NMR-signaalit ilmaiseva vastaan-otinkela (426) on herkkä; d. toinen ennalta määrätty aikaväli seuraa mainittua ensimmäistä aikaväliä, jossa käytetään elimiä: 1. ensimmäistä magneettikenttägradienttia suunnattuna pitkin mainittua ensimmäistä akselia vaiheen koodaamiseksi ydinspinavaruusjakautumatietoa varten pitkin mainittua ensimmäistä akselia ollen mainitulla ensimmäisellä magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin mainittu Z tomograafisten osakuvien lukumäärä ja suurempi kuin 1. 2. toista magneettikenttägradienttia suunnattuna pitkin mainitun kuvauskohteen (100) toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaiheen muuttamista varten ollen mainittu vaiheen muuttaminen lisänä ydinspinvaiheen muuttamiselle, jonka aikaansaavat mainitun staattisen magneettikentän luontaiset epähomogeenisuudet, ja 3. kolmatta magneettikenttägradienttia suunnattuna pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia ollen mainittu kolmas akseli kohtisuorassa mainittua toista akselia vastaan vaiheen koodaamiseksi ydinspinavaruusjakautumatietoa varten pitkin mainittua kolmatta akselia ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n erilaisesta amplitu- J dista, missä n on yhtä suuri kuin osakuvien luku-määrä yhdessä mainituista tomograafisistä osakuvista pitkin mainittua kolmatta akselia; 36 78565 e. elimet mainitun kuvauskohteen (100) säteilyttämiseksi aikavälin X jälkeen seuraten mainitun jaksolukuselektiivi-sen RF-pulssin keskimääräistä esiintymistä ensimmäisellä 180° RF-pulssilla aloittamaan mainittujen magnetoitujen ydinspini-en uudelleenvaiheistamisen; f. elimet uudelleenvaiheistusmagneettikentän gradientin käyttämiseksi kolmannen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, joka seuraa mainittua toista aikaväliä, jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisen magneettikentän gradientilla siten, että aikavälin Τ’ jälkeen seuraten mainittua 180° RF-pulssia ydinspin-kaiku, jonka aikaansaa mainitun toisen magneettikentän gradientin johdosta vaihetta muuttaneiden ydinspinien uudelleenvaiheistus sattuu yhteen ydin-spin-kaiun esiintymisen kanssa, joka johtuu mainitussa staattisessa magneettikentässä olevien luontaisten epähomogeeni-suuksien johdosta vaihemuutettujen ydinspinien uudelleenvai-heistuksesta tuottaen mainitut ydinspin-kaiut yhdistetyn NMR-signaalin, jonka Fourier-muuntaminen on ydinspinavaruus-jakautumatiedon projektio läpi koko mainitun paksun tasolaa-tan (102) mainitulla toisella akselilla; g. elimet mainitun yhdistetyn NMR-signaalin keräämiseksi ηχ kertaa, missä ηχ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä mainitussa tomograafisessa osakuvassa pitkin mainittua toista akselia; h. elimet vaiheiden (b-g) toistamiseksi ny erilaiselle mainitun kolmannen magneettikentän gradientin amplitudille; ja i. elimet vaiheiden (b-h) toistamiseksi n erilaiselle maini-tun magneettikentän gradientin amplitudille. j. ja elimet, joilla tarvittava kuvainformaatio tomograafis-ten osakuvien sarjan muodostamiseksi kuvauskohteen paksusta tasolaatasta (102) kerätään samanaikaisesti koko paksusta tasolaatasta (102). 37 78565

38. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäisen magneettikentän gradi-entti käsittää ensimmäisen komponentin mainittujen magnetoi-tujen ydinspinien uudelleen vaiheistamiseksi ja toisen komponentin avaruustiedon vaihekoodaamiseksi mainitun ensimmäisen akselin suunnassa.

39. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet, joilla mainittu 180° RF-pulssi toistetaan monia kertoja seuraten aikaväliä mainitun kolmannen aikavälin jälkeen tuottamaan vastaavan määrän spin-kaikusignaaleja; ja mainitut spin-kaikusignaalit lasketaan yhteen spin-kaikusig-naalien aika-kääntövuorottelun jälkeen parantamaan niiden signaali-kohinasuhdetta.

40. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet, joilla mainitut magnetoidut ydinspinit käännetään adiabaattisella kiinteällä käytävällä ennen vaihetta b) siten, että mainittu yhdistetty NMR-signaali sisältää avaruustiedon ydinspinien tiheyden ja T^n jakautumasta mainitussa paksussa tasolaatassa (102).

41. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu paksu tasolaatta (102) sijaitsee kohtisuorassa mainitun kohteen (100) mainittua ensimmäistä akselia vastaan.

42. Patenttivaatimuksen 26 soveltamiseen tarkoitettu kolmiulotteinen NMR-kuvauslaitteisto, missä käytetään selektiivistä magnetointia magnetoimaan paksu tasolaatta (102) ydin-spinejä kuvauskohteessa (100), joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää: a. elimet magneettikenttägradientin käyttämiseksi ensimmäistä ennalta määrättyä aikaväliä varten pitkin mainitun kuvauskoh 38 78565 teen ensimmäistä akselia vastaten Z-akselia karteesisessa koordinaattijärjestelmässä; b. elimet mainitun kuvauskohteen (100) säteilyttämiseksi mainitun ensimmäisen aikavälin kuluessa jaksolukuselektiivi-sellä RF-pulssilla magnetoimaan paljon ydinspinejä mainitun kuvauskohteen (100) mainitussa paksussa tasolaatassa (102) siten, että mainittu paksu tasolaatta on valittu sijaitsemaan alueella, jossa NMR-signaalit ilmaiseva vastaanotinkela on herkkä; c. elimet, joilla toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, joka seuraa mainittua ensimmäistä aikaväliä: 1. ensimmäistä magneettikenttägradienttia ohjataan pitkin mainittua ensimmäistä akselia vaihekoodausta varten ydinspinavaruusjakautumatiedon saamiseksi pitkin mainittua ensimmäistä akselia ollen mainitulla ensimmäisellä magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri Z amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin mainittu- z jen tomograafisten osakuvien lukumäärä, 2. toinen magneettikenttägradientti suunnataan pitkin mainitun kuvauskohteen toista akselia vastaten X-akselia karteesisessa koordinaatti järjestelmässä magnetoitujen ydinspinien vaiheen muuttamista varten, ja 3. kolmas magneettikenttägradientti suunnataan pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia vastaten Y-akselia karteesisessa koordinaattijärjestelmässä vaihekoodausta varten ydinspinavaruustiedon saamiseksi pitkin mainittua kolmatta akselia ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n^ eri amplitudista, missä n on yhtä suuri kuin osakuvien 78565 lukumäärä yhdessä mainituista tomograafisistä osakuvista pitkin mainittua kolmatta akselia; d. elimet uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin käyttämiseksi kolmannen edeltä määrätyn aikavälin kuluessa mainitun toisen aikavälin jälkeen, jolla gradientilla on sama suunta kuin mainitulla toisella magneettikenttägradientilla niin, että se uudelleen vaiheistaa mainitut ydinspinit, joiden vaihe muutettiin mainitulla toisella aikavälillä tuottamaan spin-kaikusignaalia, mikä on projektio ydinspinien avaruusjakautumatiedosta läpi koko paksun tasolaatan (102) mainitulla toisella akselilla; ja e. elimet mainitun spin-kaikusignaalin keräämiseksi n kertaa mainitun uudelleenvaiheistusmagneettikenttägradientin läsnä ollessa, missä ηχ on yhtä suuri kuin osakuvien lukumäärä yhdessä mainitun tomograafisen osan kuvissa pitkin mainittua toista akselia; missä mainitut ensimmäinen, kolmas ja uudelleenvaiheistus- magneettikenttägradientit on valittu tuottamaan (n )*(n ) y z NMR-signaalia, mitkä Fourierin analyysillä tuottavat (n )'(n )*(n ) osakuvaa, jokaisen mainitun NMR-signaalin X y Z vastatessa ainutkertaista kokonaislukuparia k ja k , jotka y z on valittu niin, että - 5 k - ϋ* l n* < k < nz , 2. r 1 ’ · Γ * kj · T Λ ja missä NMR-signaali S(x,y,z,k^,k2t) on tuotettu mainitusta paksusta tasolaatasta pisteessä (x,y,z) ja määritetty seuraavasti S(x,y,2,k^,k2,t) * S(x,y,2,0,0,t)exp i φ^ exp 1 40 7 8 5 6 5 missä φ ja φ_ ovat jokaisen NMR-signaalin vaihekierroksia Y- y z ja Z-akselien suunnissa vastaavasti ja ovat määritetyt seuraavasti 2ik v 2irk z *y Ly *z iz · missä i = t on aika ja ja Lz ovat kuvausaukon pituuksia Y- ja Z-akselin suunnissa vastaavasti, ja että tarvittava kuvainformaatio tomograafisten osakuvien sarjan muodostamiseksi mainitusta paksusta tasolaatasta (102) kerätään samanaikaisesti koko mainitusta paksusta tasolaatasta (102).

43. Patenttivaatimuksen 42 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu paksu tasolaatta on kohtisuorassa mainitun kuvauskohteen (100) mainittua ensimmäistä akselia vastaan.

44. Patenttivaatimuksen 31 tai 37 tai 42 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että n on vähintään 2. id II 41 78565