FI78986B - Foerfarande och anordning foer att eliminera effekten av en stoerande fri induktionsdaempning (fid) aegnade nmr-signal, vilken beror pao ofullstaendiga 180 rf-pulser. - Google Patents

Description

78986

MENETELMÄ JA LAITTEISTO HÄIRITSEVÄN VAPAAN INDUKTIOVAIMENNUK-SEN (FID) OMAAVAN NMR-SIGNAALIN, JOKA JOHTUU EPÄTÄYDELLISISTÄ 180° RF-PULSSEISTA, VAIKUTUSTEN ELIMINOIMISEKSI - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR ATT ELIMINERA EFFEKTEN AV EN STÖRANDE FRI INDUKTIONSDÄMPNING (FID) ÄGNADE NMR-SIGNAL, VILKEN BEROR PÄ OFULLSTÄNDIGA 180° RF-PULSER

Keksinnön tausta Tämä keksintö kohdistuu ydinmagneettisen resonanssin (NMR) menetelmiin. Tarkemmin, tämä keksintö kohdistuu parannettuihin NMR-kuvausmenetelmiin, jotka eliminoivat väärän vapaan induktiovaimennuksen (FID) omaavien NMR-signaalien, jotka johtuvat epätäydellisistä 180° radiotaajuus (RF) pulsseista, vaikutukset.

NMR-kuvausmenetelmät käyttävät hyväksi sykkivien magneetti-kenttägradienttien ja sykkivän RF-magneettikenttien yhdistelmää NMR-kuvausinformaation tuottamiseksi kuvausnäytteen valitulla alueella olevista ydinspineistä. Kuvausnäyte sijaitsee tyypillisesti staattisessa magneettikentässä Bq. Kentän Bq tarkoitus on polaroida ydinspinit, joilla on nettomagneetti-momentit niin, että suurempi osa spinejä asettuu riviin kentän kanssa ja auttaa tuottamaan nettomagnetoinnin M. Yksityiset polaroidut ydinspinit, ja siten magnetointi M, resonoivat (tai kiertävät kentän Bq akselin ympäri) jaksoluvulla UJ, joka saadaan yhtälöstä ω-ΐΒο· (1) jossa Ϋ'on gyromagneettinen suhde (vakio jokaiselle NMR isotoopille) .

Kuten jäljempänä täydellisimmin selostetaan, magneettikenttä-gradientit ovat välttämättömiä avaruusinformaation kooditta-miseksi NMR-signaaleiksi. Jos magneettikenttägradientti pitkin kuvaustilaa on paikan funktio, niin on myös jaksoluku Itse asiassa, jos kuvausgradientti on lineaarinen, jaksoluku- 2 78986 spektri on yksiulotteinen projektio NMR-signaalin jakaantumisesta pitkin gradientin suuntaa.

RF-magneetikenttäpulssit on suunnattu kohtisuoraan Bo-kent-tään nähden magnetoimaan ydinspinit resonanssiin. Resonanssin indusointiin tarvittavan RF-pulssin jaksoluku on sama kuin kiertojaksoluku yhtälöstä (1). Yleisesti käytetyt kaksi RF-magneettikenttäpulssia ovat 90° ja 180° pulssit. 90° RF-puls-si aikaansaa magnetoinnin M kiertämään 90° akselin ympäri, joka määritetään käytetyllä RF-magneettikenttävektorilla, joka kiertää avaruuskoordinaattijärjestelmässä resonanssi jaksoluvulla U/ suunnilleen kentän B suunnassa verrattuna labo- o ratorioavaruuskoordinaattijärjestelmään. Täten, jos BQ-kentän suunta on otaksuttu olevaksi positiivinen Z-akseli suorakulmaisessa koordinaatistossa, 90° RF-pulssi aikaansaa magnetoinnin M pitkin BQ:aa kiertämään kohtisuorassa tasossa, joka määritetään X- ja Y-akseleilla, esimerkiksi. Samoin 180° RF-pulssi aikaansaa magnetoinnin M pitkin BQ:aa kiertämään 180° kentän Bq akselin ympäri (esim. positiivisesta Z-akselin suunnasta negatiiviseen Z-akselin suuntaan).

Ydinspinit, jotka on kierretty 90° poikittaiseen tasoon tai -- jonkin muun kulman verran siten, että magnetoinnilla M on vektorikomponentti poikittaistasossa, tuottavat FID NMR-signaalin, joka on havaittavissa RF-magnetoinnin loppuun saakka. FID-signaali voidaan ilmaista vastaanotinkelalla, joka on sijoitettu olemaan herkkä pitkin poikittaistasoa.

NMR FID-signaalia ei havaita, jos ydinspinit on käännetty 180° staattisen magneettikentän Bq suunnasta, koska magnetoinnilla M ei näissä olosuhteissa ole komponenttia vastaan-otinkelan tasossa. Tämä on totta ideaalisille 180° RF-puls-seille, käytännössä 180° pulssit ovat harvoin ideaalisia, ja todellisuudessa kaikissa tapauksissa pieni häitritsevä FID esiintyy välittömästi 180° pulssin jälkeen. FID voi ilmaantua, koska 180° RF-pulssi ei ole tarkasti 180°. Muutamissa tapauksissa käytetään RF-lähetinkelaa säteilyttämään kuvaus-näytettä kehittämään epähomogeenisia kenttiä niin, että osa 3 78986 kuvausnäytteestä ei saa tarkoin 180° pulssia, ja sen vuoksi ei aikaansaa FID-komponenttia poikittaistasossa. Muutamat NMR-tekniikat käyttävät hyväksi selektiivisiä 180° RF-pulsse-ja kääntämään ydinspinit 180° kuvausnäytteen taso-osassa, jättämällä osan ulkopuolella olevat spinit pääasiassa vaikutusta vaille. Tässä tapauksessa ydinspinien taso-osaa rajoittavat selektiivisesti 180° RF-pulssilla käännetyt alueet voivat todellisuudessa saada 90° RF-pulssin, ja siten synnyttää laajan FID:n.

180° RF-pulssien epätäydellisyyksien vaikutus NMR-kuvissa voi olla aika raju. Jos häiritsevä FID-signaali kestää tarpeeksi kauan, se voi jatkua haluttuun NMR-signaaliin saakka, joka sisältää avaruuskoodausinformaation. Koska häiritsevällä FID-signaali11a on eri avaruuskoodaus, se tuottaa virheitä uudelleen rakennetussa kuvassa.

Selektiivisten 180° pulssien tapauksessa häiritsevä signaali voi tehdä selektiiviset 180° RF-pulssit käyttökelvottomiksi.

Esillä olevan keksinnön mukaiset NMR-pulssisarjät eliminoivat häiritsevien FID NMR-signaalien vaikutukset, jotka johtuvat epätäydellisistä 180°RF-pulsseista. FID-signaalin kesto kontrolloidaan niin, että sitä ei ilmene tietojen hankkimisen aikana. Vaikka keksintöä selostetaan NMR-kuvausmenetelmien yhteydessä, sen sopivuus ei rajoitu siihen. Keksintö on käyttökelpoinen toisille NMR-menetelmillä, joissa häiritsevät FID-signaalit johtuen epätäydellisistä 180° RF-pulsseista aiheuttavat ei-toivottuja vaikutuksia. Yksi sellainen menetelmä on selektiivisten RF-pulssien käyttö paikallistetussa NMR-spektroskoopissa, Toinen on paikallistettu NMR verenvuodon kuvaus.

Yhteenveto keksinnöstä

Epätäydellisten 180° RF-pulssien aiheuttamien häiritsevien FID NMR-signaalien vaikutukset voidaan voittaa käyttämällä suurikokoista, lyhytaikaista magneettikenttägradienttipulssia 4 78986 välittömästi 180° pulssin käyttämisen jälkeen. Gradientti-pulssin tarkoitus on nopeasti vaihesiirtää ydinspinit niin, että häiritsevä FID-signaali ei ole haittana halutulle NMR-signaalille tietojen keräysvaiheen aikana.

Käytettäessä 180° RF-pulssia spinkaikupulssisarjoihin sitä edeltää toinen gradienttipulssi, jolla on samanlainen integraali ajan suhteen kuin pulssilla, jota käytetään välittömästi 180° pulssin jälkeen.

Keksinnön kohteena on aikaansaada parannetut NMR-menetelmät, jotka eliminoivat epätäydellisten 180° RF-pulssien aikaansaamien häiritsevien FID NMR-signaalien vaikutukset.

Keksinnön toinen kohde on aikaansaada parannetut NMR-kuvaus-pulssisarjat epätäydellisten 180° RF-pulssien aikaansaamien häiritsevien FID NMR-signaalien aiheuttamien kuvavirheiden eliminoimiseksi.

Lyhyt selostus piirustuksista

Keksinnön tunnusmerkit, joiden uskotaan olevan uusia, on pantu esille yksityiskohtaisesti liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Itse keksintö kuitenkin, sekä organisaatioon että toimintamenetelmään nähden, yhdessä sen lisäkohteiden ja -etujen kanssa, ymmärretään parhaiten viittaamalla seuraavaan selostukseen yhdessä liitteenä olevien piirustusten kanssa, joissa:

Kuva 1 esittää NMR-kuvausnäytettä, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä, ja jolla on tasossa oleva kuva-ustila, joka on määritetty siihen selektiivisellä mag-netoinnilla.

Kuva 2 on valokuva esittäen NMR-kuvaa 105a:ssa olevista juo-vavirheistä, ja NMR-kuvaa 105b, jossa juovavirheet on eliminoitu keksintöä hyväksikäyttämällä.

5 78986

Kuva 3 esittää NMR-kuvaussarjaa käytettynä tuottamaan kuvaus-tiedot kuvan 2 kuvaa 105a varten.

Kuva 4 esittää pulssisarjaa keksinnön yhteydessä, joka on käyttökelpoinen RF-pulssisarjän spinkaikutyyppisessä uudelleentarkennuksessa.

Kuva 5 esittää kuvan 4 kaltaista pulssisarjaa, mutta joka kuvaa keksinnön käyttämistä kerrannaisspinkaikutyyppi-sissä sarjoissa.

Kuva 6 esittää keksinnön mukaista NMR-kuvauspulssisarjaa, jota käytettiin tuottamaan kuvaustiedot kuvassa 2 esitetyn kuvan 105b muodostamiseksi.

Kuva 7 esittää pulssisarjaa, joka esittää keksinnön käyttämistä kerrannaiskulmaprojektion uudelleen konstruoimiseen NMR-kuvauspulssisarjassa.

Kuva 8 kuvaa pulssisarjaa, joka esittää keksinnön käyttämistä NMR-kuvauspulssisarjassa käyttäen kerrannaisia spin-kaikuja.

Kuva 9 esittää yksinkertaistettua blokki-kaaviota NMR-kuvaus-laitteen pääkomponenteista, jotka ovat sopivia tuottamaan kuvissa 3-8 esitettyjä NMR-pulssisarjoja.

Kuva 10a esittää RF-kelamuotoa käytettäväksi geometrioille, joita varten näytekammio on kohtisuorassa staattista magneettikenttää vastaan.

Kuvat 10b ja 10c esittävät RF-kelamuotoja, jotka sopivat magneettisille geometrioille, joita varten näytekammion akseli on samansuuntainen staattisen magneettikentän kanssa.

Kuva 11a esittää kahta kelayksikköä, jotka sopivat G - ja Gy-gradienttien tuottamiseen.

6 78986

Kuva 11b esittää kelamuotoa, joka sopii tuottamaan G -gradi- z entin.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukaiset NMR-kuvauspulssisarjät ovat parhaiten ymmärrettävissä viittaamalla aluksi kuvaan 1, joka esittää kuvausnäytettä 100, joka sijaitsee staattisessa homogeenisessa magneettikentässä Bo> joka on suunnattu positiivisen Z-akselin suuntaan suorakulmaisessa koordinaatistossa. Z-akseli on valittu sattumaan yhteen pitkän tai sylinterimäisen näytteen 100 akselin 106 kanssa. Koordinaatiston origo on otettu olemaan kuvausnäytteen keskikohdassa, joka on myös ohuen tasokiekon tai kuvaustilan 102 keskikohdassa, joka on valittu selektiivisellä magnetointimenetelmällä, kuten jäljempänä selostetaan. Ohuemmat tasokiekot tai kuvaustilat 104 ja 105 sopivat tomograafikuvaussarjoille, jotka hankitaan kolmiulotteisella avaruustietoanalyysillä, joka on hankittu kuvan 8 NMR-pulssisarjalla. Yksinkertainen osaa 105 koskeva tasokuva, esimerkiksi, voidaan konstruoida käyttämällä avaruustietoa, joka saadaan kuvien 3, 6 ja 7 pulssisarjoja käyttämällä. Jokaista näistä pulssisarjoista selostetaan jäljempänä yksityiskohtaisemmin. Tasokiekon 104 tai 105 paksuus Δζ on tyypillisesti vain 2-15 mm.

Kuva 2 esittää valokuvamaisesti kahta NMR-osakuvaa 105a ja 105b molemmat kuuluen osaan 105 näytteessä 100 (kuva 1), tässä tapauksessa valittu olemaan vedellä täytetty pullo stimuloimaan elävää kudosta, jota tyypillisesti karakterisoi korkea vesipitoisuus. Kuva 105a ja 105b esittävät protonien (vety-ydin) jakautuman vedellä täytetyn pullon laatassa 185, ja siten esittää protonien tasaista Jakautumista.

Kuva 105a, joka on muodostettu kuvassa 3 esitettyä NMR-puls-sisarjaa käyttämällä saadusta kuvausinformaatiosta, esittää juovavirheitä 12, jotka ovat tunnusomaisia epätäydellisien 180° RF-pulssien (aikajakson 3 kuluessa kuvassa 3) aiheuttamille häiritseville FID NMR-signaaleille (aikajakson 4 kulu- 7 78986 essa kuvassa 3). Päinvastoin on kuva 105b muodostettu käyttämällä esillä olevan keksinnön mukaisia pulssisarjoja (kuva 6), kuten jäljempänä selostetaan. On ilmeistä, että kuva 105b on vapaa virheistä 12.

Jotta voitaisiin patemmin arvioida esillä olevaa keksintöä, selostetaan ensin kuvassa 3 esitettyä pulssisarjaa. Tässä pulssisarjassa, kuten muissakin tässä selostetuissa, kuvauskohde on sijoitettu staattiseen magneettikenttään Bq, joka kenttä sen vuoksi on jätetty pois kaikista NMR-pulssisarjoja esittävistä kuvista. Lisäksi jokaisessa pulssisarjassa kent-tägradientit ovat välttämättömiä aikaansaamaan NMR-signaalin avaruussijainnin. On tyypillistä, että kolme tällaista gradi-enttia tarvitaan:

Gx(t) =ÖBoMx (2) G (t) = <JBo/dy (3) G(t) = äB A z (4) z o G -, G - ja G -gradientit ovat vakioita läpi koko kuvaustilan x y z 105, (kuva 1), mutta niiden suuruudet ovat tyypillisesti ajasta riippuvia. Gradientteihin kuuluvat magneettikentät on merkitty vastaavasti b , b ja b , joissa x y z

: bX = Gx(t^X

by = Gy(t)y (6) b = G (t)z (7) z z kuvaustilan sisällä.

Ydinspinien taso-osan 105 valinta on suoritettu kuvan 3 vaaka-akselilla esitetyn aikavälin 1 kuluessa. Tässä aikavälissä käytetään positiivista magneettikenttägradienttia G siten, z

että kuvauskohde 100 (kuva 1) kuuluu kokonaismagneettikent-tään Z-akselin suunnassa, joka on muodostettu gradientista G

z ja staattisesta magneettikentästä Bq. Suunnilleen aikavälin 1 keskipisteessä kohdetta säteilytetään selektiivisellä 90° RF-pulssilla ollen jaksoluku valittu edullisesti magnetoimaan 8 78986 ydinspinit taso-osassa 105 (kuva 1), jossa magneettikentän voimakkuus on määritetty yhtälöllä (1). Alueen 105 ulkopuolella olevat ydinspinit jäävät pääasiassa tämän RF-pulssin vaikutuksen ulkopuolelle. 90° RF-pulssin "valitseva" luonne on näin ilmeinen.

90° RF-pulssi (kaaviollisesti kuvattu kuvassa 3 varjostetulla nelikulmiolla) on mieluummin kantoaalto-amplitudimoduloituna signaalilla, jonka aaltomuoto on (sin bt)/bt, jossa t on aika ja b vakio. Tässä tapauksessa osan 105 paksuusprofiili on pääasiassa nelikulmainen. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää muita jaksolukuselektiivisiä 90° RF-pulsseja. Esimerkiksi RF-pulssi voidaan moduloida Gaussin verhokäyrän muotoiseksi.

. : Tässä tapauksessa osalla 105 on Gaussin käyrän profiili.

Aikavälin 1 (kuva 3) lopussa ydinspinit taso-osassa 105 on käännetty poikittaiseen tasoon, ja vaikka ne kiertyvät samalla jaksoluvulla, ne ovat eri vaiheissa toisiinsa nähden G :n

Z

vaihesiirtävän vaikutuksen vuoksi aikavälin 1 toisen puoliskon kuluessa. Ydinspinit vaiheistetaan uudelleen aikavälillä 2 käyttämällä negatiivista G -gradienttia yhdistettynä posi-

Z

tiiviseen G -gradienttiin aikavälillä 1 siten, että z

JdtG2 - j J*dtsz * (*) missä on integraali ajan suhteen gradientin Gz aallonmuo-dosta yli aikavälin 2 ja on integraali ajan suhteen gradientin G aallonmuodosta aikavälin 1 yli. z

Samanaikaisesti, kun negatiivista G -gradienttia käytetään z aikavälillä 2, käytetään vaiheenkoodausgradienttia G , jolla on yksi n eri amplitudeista (kuten on osoitettu katkovii-

J

voilla). Gy-gradientti koodittaa avaruustietoa Y-akselin suunnassa panemalla alkuun kierteen ydinspinien koodauksessa integraalisella kierrekulmalla 2ff yli kohteen 100 kokonais 9 78986 pituuden Y-akselin suunnassa. Ensimmäisen vaihekoodausgradi-entin käytön jälkeen kohteeseen 100 Y-akselin suunnassa, ydinspinejä kierretään yhden pyörähdyksen verran. Jokainen gradientin eri amplitudi aikaansaa eri asteisen kierteen (vaihekoodaus). G -gradienttiamplitudien lukumäärä, n , on J ν' valittu olemaan sama kuin kuva-alkioiden lukumäärä rekonstruoidussa kuvassa Y-akselin suunnassa. Kuvan 3 pulssisarja toistetaan gradientin G n^ eri amplitudeille aikaansaamaan n spinkaikusignaalia aikavälillä 5. Käytännössä signaaleille y lasketaan keskiarvo useita kertoja ennen G^-gradientin siirtämistä tarkoituksella parantaa signaali-kohinasuhdetta. Tyypillisesti n on 128 tai 256.

Myös aikavälillä 2 positiivista Gx~magneettikenttägradienttia käytetään ydinspinien vaihesiirtämiseksi X-akselin suunnassa ennaltamäärätyllä määrällä. 180° RF-pulssi, jota käytetään aikavälillä 3, palauttaa ydinspinien vaihesiirron suunnan siten, että ydinspinit jälleen uudelleenvaiheistuvat ja tuottavat NMR-spinkaikusignaalin (aikavälit 4 ja 5), joka voidaan havaita sinä aikana, kun kuvausgradientti Gx on vakio. Vaihe-siirtävän gradientin ja 180° RF-pulssin poissaollessa, NMR-signaali sattuu jonnekin lähelle aikavälin 2 loppua ja aikavälin 3 alkua. Olisi vaikeaa saada hyödyllistä avaruustietoa sellaisesta NMR-signaalista, koska olisi olemassa äärellinen ajanjakso, jolloin kuvausgradientti ΰχ on transientti, ja sen tarkka voimakkuus on tuntematon. Lopputuloksena saatava ava-ruusinformaatio olisi pahoin vääristynyt eikä sitä voisi käyttää normaalisti.

Jos 180° RF-pulssia käytetään aikavälillä 3 (seuraten 0,1 ja 1 millisekunnin välillä olevaa lyhyttä aikaväliä salliakseen virran gradienttikäämissä lakata) ajassa selektiivisen

St 90° RF-pulssin antamisen jälkeen (jossa on aikaväli 90° ja 180° RF-pulssien keskimääräisen antamisen välillä, tyypillisesti noin 5 millisekuntia), ja Gx~gradientti aikaväleillä 2 ja 4 on valittu sellaiseksi, että 10 78986 fGxdt - fGxdt (9) J 2 “4 silloin resultoiva spinkaikusignaali on summa kahdesta spin-kaikusignaalin komponentista. Ensimmäinen kahdesta signaali-komponentista on vaihesiirretty ydinspinien uudelleenvaiheis-tamisen vuoksi luontaisilla epähomogeenisuuksilla staattisessa magneettikentässä Bo· Spinit vaiheistuvat uudelleen ja tuottavat spin-kaikusignaalin aikavälin X jälkeen 180° RF- a pulssin antamisesta. Toinen spinkaikusignaalikomponentti on ydinspinien suunnanvaihdon vuoksi vaihesiirretty aikavälillä 2 (gradientilla G ), joka myös uudelleenvaiheistaa ja tuottaa spinkaikusignaalin aikavälin XQ jälkeen 180°RF-pulssin anta- a misesta, edellyttäen, että yhtälön (9) ehto on täytetty. Menetelmä staattisen kentän Bq epähomogeenisuuksien vaikutusten voittamiseksi on selostettu ja patenttivaatimukset esitetty hakemuksessa Serial No. 345,444, jätetty helmikuun 3, 1982 samoilta keksijöiltä kuin tämä ja saman hakijan kuin esillä oleva keksintö. Tämä patenttihakemus on oheistettu liitteenä.

Vaikka magneettikenttägradientti on esitetty aikavälillä 2 sinikäyrän positiivisena puolikkaana, se voi olla minkä muotoinen tahansa edellyttäen, että yhtälö (9) toteutuu. Esimer-kiksi, gradientilla G voisi myös olla Gaussin käyrän tai * λ nelikulmion muoto.

Avaruusdiskriminoinnin aloittamiseksi X-akselin suunnassa ydinspinkaiku aikavälillä 4 ja 5 on kerätty (90° vaihe-ero) n kertaa tämän aikavälin kuluessa kuvaavan G -gradientin λ Λ läsnäollessa, missä n on tyypillisesti yhtä suuri kuin n ja x y on yhtä suuri kuin x-akselin suunnassa olevien kuvan kuva- alkioiden lukumäärä. Analysoimalla tunnetuilla diskreeteillä, kaksiulotteisilla Fourier-muunnosmenetelmillä kuvausosa 105 on jaettu n - n kuva-alkioon, joita voidaan käyttää kokoamaan a y sellainen kuva kuin kuva 105a kuvassa 1.

11 78986

On huomattava, että NMR-spinkaikusignaali sisältää myös virheen epätäydellisen 180° RF-pulssin aikavälillä 3 aiheuttaman häiritsevän FID-signaalin vuoksi. Häiritsevä FID esiintyy välittömästi seuraten 180° RF-pulssin käyttöä aikavälillä 3 ja voi jatkua (kuten esitetty) aikaväleille 4 ja 5, joiden kuluessa spinkaikusignaali in kerätty. Häiritsevä FID-signaa-li aikaansaa kuvassa 2 esitettyjä juovavirheitä 12.

Tyypillinen aika-asteikko on esitetty rinnan vaakasuoran akselin kanssa kuvassa 3.

Nyt viitataan kuvaan 4, joka esittää yleisesti keksinnön menetelmän käyttökelpoiseksi eliminoitaessa kuvavirheitä, jotka aiheutuvat epäideaalisista 180' RF-pulsseista syötettyinä NMR-pulssisarjoihin tuottamaan spinkaikusignaaleja.

Ohut tasolaatta resonoivia ydinspinejä on selektiivisesti magnetoitu aikavälin 1 kuluessa, kuten on selostettu, käyttämällä selektiivistä 90° RF-pulssia positiivisen magneetti-kenttägradientin läsnäollessa, missä Gq = Ja Q cm tasolaatan kohtisuora akseli. Seuraavaksi aikavälin 2 kuluessa annetaan toinen magneettikenttägradientin pulssi, joka on summa kahdesta lineaarisesti riippumattomasta komponentista. Ensimmäinen komponentti on uudelleenvaiheistuskomponentti, pääasiassa identtinen negatiivisen G -gradientin kanssa, joka annetaan kuvan 3 aikavälillä 2, kuten aikaisemmin on selostettu. Toinen komponentti, nimeltään "primääri"-pulssi, on korkea-amplitudinen, lyhytaikainen magneettikenttägradientti-pulssi. Primäärisen ja uudelleenvaiheistuspulssin käyttämistä aikavälillä 2 (kuva 4) seuraa aikavälillä 3 180° RF-pulssin antaminen, ja aikavälillä 4 magneettikenttägradienttipulssin antaminen, jota pulssia nimitetään "murskaaja"-pulssiksi. Primäärisen ja murskaajapulssin tehtävänä on hävittää kaikki FID aikavälin 5 aikana. Spinkaikusignaali esiintyy aikavälillä 5.

180° RF-pulssi voi olla joko selektiivinen tai epäselektiivi-

nen. Murskaajapulssilla, tarkoituksella hävittää kaikki FID

tietojen hankkimisaikavälin 5 aikana, täytyy olla laaja 12 78986 amplitudi, tyypillisesti luokkaa 1-10 gauss/cm. Lisäksi pulssi on pidettävä niin lyhyenä kuin mahdollista, jotta se ei sekaantuisi tietojen hankkimisen aikaväliin 5. Yleensä pulssin keston pitäisi olla 0,1 ja 5 millisekunnin välillä. Tällä tavalla häiritsevä FID, joka esiintyy aikavälillä 4, kuten on esitetty, ei esiinny aikavälillä 5, jolloin kuvaustietoja kerätään.

Suhde Gq-gradientin aikavälillä 1, primäärisen ja uudelleen-vaiheistuspulssien aikavälillä 2 ja murskaajapulssin aikavälillä 4 välillä voidaan ilmaista integraalisummana fGqdt = Jgqdt - 1/2 fGqdt (10) J2 4 1

Yhtälöstä (10) selviää, että murskaaja- ja primääripulssien integraalit ovat samat. Voitaneen huomata, että gradientti, jonka päälle murskaajapulssi annetaan, ei tarvitse olla kohtisuorassa kuvaustasoon nähden, joka vastaa ohuen tasolaatan 105 tasoa (kuva 1).

Täten esimerkiksi murskaajapulssi voidaan antaa joko Gx- tai Gy-gradienttien päälle, jotka on esitetty kuvassa 3 tai kuvissa 6-8. Yleensä halutaan valita gradientti, jonka suuntaan suurin osa kohteesta on jakautunut. Esimerkiksi, kun ihmisen keho on valittu kuvauksen kohteeksi, kehon pitkä akseli on tavallisesti valittu yhtymään Z-akselin summan kanssa. Tässä tapauksessa on mitä edullisinta käyttää murs-kaajapulssia G -gradientin päälle.

Primääripulssin tarkoitus, jota käytetään aikavälillä 2 kuvassa 4, on vaihesiirtää ydinspinit, jotka sijaitsevat ohuessa tasolaatassa 105 (kuva 1) ja on valittu aikavälillä 1 (kuva 4), samoin kuin ne ydinspinit, jotka sijaitsevat ohuen tasolaatan ulkopuolella. 180° RF-pulssilla, joka annetaan aikavälillä 3, on kaksinkertainen vaikutus. Se 180° RF-puls-sin komponentti, joka on täsmälleen 180° ("täydellinen"), kääntää ydinspinit, kun taas "epätäydellisen" komponentin 13 78986 vaikutus on 90° kiertäen ydinspinit poikittaistasoon. Poikit-taistasoon kierrettyjen ydinspinien tulisi tavallisesti tuottaa häiritsevä FID-signaali, joka voi häiritä tietojen kerä-ysprosessia. Tätä häiritsevää FID-pulssia on kuitenkin suuresti vaimennettu antamalla murskaajapulssi aikavälillä 4, 180° RF-pulssin antamisen jälkeen. Murskaajapulssilla on integraali ajan suhteen yhtä suuri kuin primääripulssin vastaava, niin, että ydinspinit, jotka primääripulssi on vaihe-siirtänyt ja 180° RF-pulssin täydellinen komponentti kääntänyt, ovat uudelleenvaiheistetut murskaajapulssilla ja tuottavat halutun spinkaikusignaalin aikavälillä 5. Ydinspinit, jotka käännettiin poikittaistasoon, vaihesiirretään nopeasti niin, että häiritsevä FID lyhenee, kuten on esitetty kuvassa 4, eikä siten häiritse tietojen keräysaikaväliä.

NMR-pulssisarjoissa, joissa käytetään 180° RF-pulsseja, mutta ei ydinspinien uudelleenvaiheistusta varten, primääripulssi on tarpeeton. Murskaajapulssi, joka annetaan välittömästi 180° RF-pulssin jälkeen, vaihesiirtää nopeasti ydinspinit niin, että häiritsevää FID-signaalia ei esiinny tietojen keräysaikavälin kuluessa.

Primääri- ja murskaajapulssien suuruus tulee tehdä niin suureksi kuin NMR-järjestelmän komponentit sallivat. Esimerkiksi, suuruus voi olla luokkaa 0,5-10 gauss/cm. Suuruus 0,5 gauss/cm huomattiin riittäväksi eliminoimaan virheet kuvassa 105b, joka on esitetty kuvassa 2. Tämä vastaa noin 0,1 gauss/cm suuruutta G -gradientille aikavälillä 1 kuvassa 6 ja z 1200 gaussin suuruutta staattiselle magneettikentälle BQ.

Kuva 5 esittää pulssisarjaa, jossa kerrannaisia 180° RF-pulsseja käytetään tuottamaan kerrannaisia spinkaikusignaaleja. Aikavälit 1-5, jotka on esitetty vaakasuoralla akselilla kuvassa 5, vastaavat samoin numeroituja aikavälejä kuvassa 4. Lisäksi, kuvan 5 pulssisarjassa 180° RF-pulssit annetaan aikaväleillä 7 ja 11, jne., samoin kuin tuottamaan spinkaiku-signaaleja myöhemmillä aikaväleillä, kuten spinkaikusignaali aikavälillä 9, jonka on tuottanut aikavälillä 7 annettu 180° 14 78986 RF-pulssi. Kumpaakin 180° RF-pulssia aikaväleillä 7 ja 11 edeltää vastaavasti primääripulssi aikaväleillä 6 ja 10.

Näitä 180° RF-pulsseja seuraavat murskaajapulssit aikaväleillä 8 ja 12, jotka, aikaisemmin kuvatulla tavalla, lyhentävät häiritseviä FID-signaaleja. Integraali ajan suhteen primääri-pulssin aallonmuodosta on yhtä suuri kuin murskaajapulssin vastaava, niin että i:s 180° RF-pulssi

Gqdt = f Gqdt, (11) missä t+ on 180° RF-pulssia seuraavan murskaajapulssin kestoaika, ja tj on sitä edeltävän primääripulssin kestoaika. Esimerkki kerrosmaisia 180° RF-pulsseja käyttävästä NMR-kuvaus-pulssisarjasta on esitetty kuvassa 8, jota selostetaan jäljempänä.

Tyypilliset sen pulssisarjan sovellutukset, joka on esitetty kuvassa 4, on esitetty kuvissa 6 ja 7. Kuva 6 on yhtäläinen kuvan 3, aikaisemmin selostettu, kanssa, sillä huomattavalle poikkeuksella, että kuvan 6 aikavälillä 2 gradientti Gz käsittää primääri- ja uudelleenvaiheistuspulssin. Lisäksi, aikavälillä 4, välittömästi seuraten 180° RF-pulssin käyttöä aikavälillä 3, G -gradientti sisältää murskaajapulssin. Tyy-pillinen pulssisarjan ajoittaminen on esitetty aikaskaalalla, joka on rinnan vaakasuoran aikaväliakselin kanssa.

Kuva 7 esittää NMR-pulssisarjaa, jota käytetään kuvaustieto-jen hankinnassa kerrannaiskulmaprojektioiden uudelleen muodostamisella. Tässä pulssisarjassa tapa, jolla häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutus on eliminoitu, on samanlainen kuin kuvassa 6 esitetty. Täten 180° RF-pulssia aikavälillä 3 edeltää primääri- ja uudelleenvaiheistuspulssi aikavälillä 2, ja sitä seuraa murskaajagradienttipulssi aikavälillä 4. Nämä pulssit käytetään G -magneettikenttägradientin päällä. Kuvis-sa 6 ja 7 esitetyt erilaiset pulssit on yhdistetty ja määritetty yhtälöllä (10), jossa Gz voi olla korvattu Gq:lla.

15 78986

Lisäksi vastaavat integraalit ajan suhteen Gx~ja Gy-gradient-tien aallonmuodoista on valittu niin, että /Gxdt - /Gxdt (12) 2 4 ja 5 / Gydt * S °ydt (13) 2 4 ja 5 Tämä varmistaa, että ydinspinit uudelleenvaiheistuvat aikavälillä Xseuraten 180° RF-pulssin keskimääräistä antamista aikavälillä 3. Tällä tavalla luontaisten epähomogeenisuuksien vaikutukset staattisessa magneettikentässä spinkaikuun aikavälillä 5 on voitettu.

Kuvausinformaatio, joka käyttää kuvan 7 pulssisarjaa, hankitaan huomioimalla spinkaikusignaali kuvausgradienttien G ja Gy läsnäollessa, jotka on suunnattu vastaavasti X- ja Y-akse-lien suuntiin. ΰχ- ja Gy-gradienttien suuruudet ovat vakioita aikaväleillä 4-6 jokaisella Θ arvolla, joka on yksinkertaisen projektion kulma. Joka tapauksessa, kun projektiokulmaa on muutettu, uudet gradienttisuuruudet on annettu vastaavasti : yhtälöillä Gx = g cos Θ ja Gy = g sin Θ, jossa Θ on yksinker tainen projektion kulma aikavälien 4-6 kuluessa ja g on vakio. Spinkaikusignaali havaitaan magneettikenttägradientin läsnäollessa, joka on summa G - ja G -gradienttikentistä. G - x y x ja Gy-kenttägradientit lisätään vektoreina tuottamaan resul-toivan säteettäisgradientin kuvaustason kulmassa Θ. Avaruus-informaatio koko tasossa kooditetaan säteettäisgradientin suunnassa. Tarkoituksella hankkia riittävä informaatio kuvaamaan koko taso-osaa 105, (kuva 1) kerrannaisprojektiot hankitaan muuttamalla projektion kulmaa Θ, esimerkiksi, 1° välein avaruustiedon keräämiseksi vähintäin 180 projektiosta 180° kaarelta.

Jokaiseen projektioon liittyvän signaalin Fourier-muunnoksel-la hankitaan NMR-signaalin avaruusjakautuma tässä suunnassa.

16 78986

Kuva rekonstruoidaan kaikista projektioista käyttäen tunnettuja tietokonerekonstruktioalgoritmeja.

Kuva 8 esittää NMR-pulssisarjaa, joka käyttää hyväksi kuvan 5 yhteydessä selostettua käsitystä eliminoimaan kerrannaisten 180° RF-pulssien aiheuttamien häiritsevien FID-signaalien vaikutuksia. Pulssisarjaa on käytetty samanaikaisesti keräämään kolmiulotteista kuvausinformaatiota, joka on välttämätöntä tuottamaan tomograafisten osakuvien sarjoja, jotka kohdistuvat paksun tasolaatan 102 ohuempiin tasolaattoihin 104 ja 105, kuten kuvassa 1 on esitetty.

Menetelmä kolmiulotteiseksi NMR-kuvaamiseksi, joka käyttää selektiivistä magnetointia, on selostettu ja patenttivaatimukset esitetty hakemuksessa Seria No. 365,229, jätetty huhtikuun 5, 1982 samojen keksijöiden kuin tässä ja saman hakijan toimesta kuin esillä oleva keksintö. Tämä hakemus oheistettu tässä liitteenä.

Kuten aikaisemmin on kuvaan 5 viitaten selostettu, häiritsevien FID-signaalien vaikutukset on eliminoitu käyttämällä primääri- ja murskaajapulssia välittömästi ennen ja jälkeen jokaista 180° RF-pulssia. Ensimmäinen primääripulssi esiintyy aikavälillä 2 ja on yhdistetty negatiivisen uudelleenvaiheis-tavan G -gradienttipulssin ja vaihekoodauspulssin kanssa. Murskaajapulssit annetaan aikaväleillä 4, 8, 12, ... jne., kun taas primääripulssit annetaan aikaväleillä 6, 10, ... jne. Murskaajapulsseihin aikaväleillä 8, 12, jne. on vaikutettu suuresti niiden päälle pannuilla vaihekoodausgradient-tipulsseilla, kuten katkoviivoin on esitetty, vaihekoodaus-avaruusinformaatiota vasten Z-akselin suunnassa. 180° RF-lisäpulssit ja primääri- ja murskaajapulssit voidaan antaa aikaväliä 12 seuraavina aikaväleinä, kunnes spinkaikusignaa-lit merkittävästi vaimentuvat T2 vaimennuksen vuoksi, (Tg on mitta siitä, kuinka kauan magnetoidut ydinspinit oskilloivat vaiheessa; ts. on "spin-spin"- tai "poikittaisen"-relak-saatioaika).

17 78986

Tapa, jolla kuvassa 8 esitettyä pulssisarjaa voidaan käyttää hankkimaan kuvausinformaatiota, voidaan ymmärtää paremmin, jos viitataan kuvaan 1. Aluksi aikavälillä 1 annetaan positiivinen G -gradientti ja kuvauskohdetta 100 säteilytetään selektiivisellä 90° RF-pulssilla, jonka taajuuskaistaleveys on riittävä etupäässä magnetoimaan ydinspinit paksussa taso-laatassa 102. 90° RF-pulssi on mieluummin kantoaalto, joka on amplitudimoduloitu aallonmuodon (sin bt)/bt-signaalilla, jossa t on aika ja b on vakio, niin että tasolaatalla 102 on pääasiassa suorakulmainen profiili. Muita jaksolukuselektii-visiä 90° RF-pulsseja voidaan käyttää edellyttäen, että resultoivalla paksulla tasolaatalla on suorakulmainen profii li. 90° pulssin taajuuskaistaleveys on määritelty tomograafi-osakuvien 104 ja 105 halutulla määrällä.

Aikavälillä 2 vaihesiirtävää magneettikenttägradienttia G

λ käytetään vaihesiirtämään ydinspinejä ennalta annetulla määrällä niin, että kun ydinspinit on käännetty aikavälillä 3 annetulla 180° RF-pulssilla, spinkaikusignaali tuotetaan aikavälillä 5 aikavälin kuluttua keskimääräisestä 180° a RF-pulssin antamisesta, kuten aikaisemmin on selostettu • - kuvaan 3 viitaten.

Samanaikaisesti G vaihesiirtävän magneettikenttägradientti-pulssin antamisen kanssa aikavälillä 2 on myös annettu G -vaihetta koodittava magneettikenttägradienttipulssi, jolla on yksi n erilaisesta amplitudista (kuten katkoviivoin on esitetty). Gy-gradientti koodittaa avaruustietoa Y-akselin suunnassa tuottaen kierteen ydinspinien koodauksessa, kuten aikaisemmin on selostettu. Gy-gradienttiamplitudien lukumäärä, ny, on valittu olemaan yhtä suuri kuin rekonstruoidun tomo-graafisen osakuvan kuva-alkioita halutaan olevan Y-akselin suunnassa. G -pulssit on toistettu n eri gradienttiamplitu- •J j dille tuottamaan ny spinkaikusignaalia. Käytännössä signaaleille lasketaan keskiarvo useita kertoja ennen G -gradientin

J

siirtämistä tarkoituksella parantaa signaali-kohinasuhdetta. Tyypillisesti ny on 128 tai 256.

18 78986 G -magneettikenttägradientti aikavälillä 2 on summa kolmesta komponentista. Ensimmäinen komponentti on negatiivinen uudel- leenvaiheistuspulssi, kuten aikaisemmin on selostettu, joka on sopeutettu G -pulssiin aikavälillä 1, kuten yhtälössä (Θ) z on määritetty. Toinen komponentti gradientissa G aikavälillä z 2 on vaiheenkoodituspulssi, joka tekee mahdolliseksi vaihe-koodittaa avaruusinformaatio läpi laatan 102 paksuuden (ts. Z-akselin suunnassa kuvassa 1), kun taas kolmas komponentti on primääripulssi, kuten edellä on selostettu.

G -magneettikenttägradientti on esitetty aikavälillä 4 yksin-

Z

kertaisena G -pulssina, koska yksityisten komponenttien toi-z minta on lineaarisesti riippumaton, ja siksi voidaan lisätä muodostamaan summan, joka käsittää samanaikaisesti uudelleen-' vaiheistus-, vaiheenkoodaus- ja primääritoiminnat. Magneetti kenttägradientti G on pidetty vakiona, koska magneettikent-

Z

tägradientilla on amplitudia, n^. spinkaikusignaalin havaitsemisen jälkeen vaihekoodausgradienttia G siirretään z ja G -gradienttia jaksotetaan n amplitudin läpi. G -gradien- y y z tin amplitudien lukumäärä, n , on yhtä suuri kuin tomograafi- z osien 104 ja 105 (kuva 1) lukumäärä. Tarvittavien spinkaiku-signaalien lukumäärä tarpeellisen avaruusinformaation hankkimiseksi n osakuvaa varten on (n )·(η ).

z y z " Avaruudellinen erottelu X-akselin suunnassa on aikaansaatu huomioimalla spinkaikusignaalit aikavälillä 5 kuvaavan G - Λ magneettikenttägradientin läsnäollessa. Spinkaikusignaali kerätään ηχ kertaa aikavälillä 5, (ja myöhemmällä aikavälillä 9), missä ηχ on yhtä suuri kuin niiden kuva-alkioiden lukumäärä, jotka tomograafisella osakuvalla on X-akselin suunnassa (tyypillisesti n = n ). Fourier-muunnoksella havaittu x y spinkaikusignaali edustaa projektiota avaruusinformaatiosta läpi koko paksun laatan 102 X-akselin suunnassa.

Täten, paksu laatta 102 on jaettu n *n ·η kuva-alkioon, jot- x y z ka on aikaansaatu tunnetuilla kolmiulotteisilla diskreeteillä

Fourier-muunnostekniikoilla. Kerran hankitut n ·η ·n kuva- x y z 19 78986 alkiota voidaan käyttää tasokuvina missä kulmassa tahansa läpi paksun tasolaatan.

180° RF-kerrannaispulsseja aikaväleillä 7, 11, jne. ja niistä resultoivia spinkaikusignaaleja voidaan käyttää joko parantamaan signaali-kohinasuhdetta tai lyhetämään tietojen keruu-aikaa.

Signaali-kohinasuhteen parantaminen voidaan toteuttaa (käyttämättä vaihekoodausgradientteja G ja G aikaväleillä 8, 12, y ^ jne.) lisäämällä yksinkertaisesti päälle spinkaiut (jotka on tuotettu 180° RF-pulsseilla) aikaväleillä 5, 9, jne., ottamalla huorftioon aikamuutetut vaihtoehtokaiut ennen lisäystä parantamaan signaali-kohinasuhdetta. Jos kerätään n kaikua, silloin signaali-kohinasuhde paranee suunnilleen tekijällä aina siihen pisteeseen saakka, missä kaikusignaalit tulevat merkittävästi vaimennetuiksi T^-vaimennuksella.

G - ja Gz~vaihekoodausgradientteja aikaväleillä 8, 12, jne. voidaan käyttää lyhentämään tietojen keruuaikaa. Tarkoituksella hankkia tarpeellinen avaruustieto tuottamaan kuva ηχ·n^· nz kuva-alkiolla on tarpeellista kerätä vähintäin n · nz signaalia. Jokaisen näistä signaaleista täytyy vastata yhtä ainoata paria kokonaislukuja, esimerkiksi, k , k , siten että y z * T kz ’ T ~l (14) ja $(x,y,z,ky,kz,t) · S(x.y,z,0*0,t)exp 1 exp 1 Φζ (^5) missä S(x,y,z,k ,k ,t) on NMR-signaali, joka saa alkunsa J Δ kuvauskohteesta pisteessä (x,y,z), jota karakterisoidaan kokonaisluvuilla k , k siten, että y z 20 78986 2lrV 2irk 2 ώ m —Ύ A _ ζ nm y iy » *ζ'Ίρ ·

Yhtälöissä 15 ja 16 i merkitsee /Ti ja ja 4>z merkitsevät vastaavasti signaalin vaihesiirtoa Y- ja Z-akselien suunnissa. L ja L ovat kuvausaukon pituuksia vastaavasti Y- ja Z- y z akselien suunnissa.

Jos käytettäisiin vain aikaväli 1-5 käsittäviä pulssisarjoja, jokainen pulssisarja tuottaisi vain yhden parin k , k , ja y z siten n «n sellaista sarjaa voitaisiin käyttää. Tämä ottaa y z ajan η^.ηζ·Τ» missä Ton aika pulssisarjojen välillä (tyypillisesti 0,05 sek - 1 sek). Jos toisaalta on m kaikua magne-tointia kohden, on tarpeellista panna täytäntöön vain n »n /m y z sellaista sarjaa antamaan täyden avaruuskuvaustiedon.

Esimerkki sarjasta, joka kerää kaiken tarvittavan kuvaustie-: don, on seuraava. Ensimmäisessä magnetoinnissa annetaan gra- dienttipulssi Gz aikavälillä 2, joka käsittää uudelleenvai-heistuskomponentin Gzl(t) ja vaihekoodauskomponentin Gzg(t) ja primääripulssin Gz3(t). Gzl(t) komponentti täyttää ehdon

Je2l(t)dt·-} J^dt, (17) z 1 kun taas Gz2(t) täyttää ehdon *1 ftszz(t) * · r as) 2 21 78986 missä ^ on gyromagneettinen suhde. Myös aikavälillä 2 on vaihekoodaus y gradientti Gy(t) sellainen, että *y Asy(t) · -2» . £ · (19)

Myöhemmillä aikaväleillä 8, 12 ja niin edelleen, ylimääräiset Gy-gradienttipulssit annetaan siten, että jdtGy(t) * YLy IdtGy(t) * yLy jdtGy(t) ... 2it (20) J2 J i2 Tässä esimerkissä ei anneta mitään ylimääräistä G -vaihekoo- z dausgradienttipulssia. Kuitenkin primääri- ja murskaajapuls-sit edeltävät ja seuraavat vastaavasti jokaista 180° RF-puls-sia, joka annetaan aikaväleillä 3, 7, 11, jne. Jos murskaaja-pulssia aikaväleillä 4, 8, 12, jne. merkitään G 4(t), silloin 1.' primääri- ja murskaajapulssit tyydyttävät ehdon, että /6z3(t)dt Γ5z4(t)dt - A23(t)dt « Az4(t)dt ... etc. (21) 2 Λ •'δ •'a

On otettava huomioon, että vaihesiirrot pitkin Y-akselia ker-rannaiskaikuja varten ovat kumulatiivisia, ts. j lisägradi-enttipulssin jälkeen kokonaissiirto Δ^y kuvausaukkojen äärimmäisten päiden välillä Y-akselin suunnassa on annettu yhtälöllä ΔΦΥ -2tt ^ + 2ffj (22) 78986

Jos voidaan hankkia n^ kaikua, silloin seuraava magnetointi-sarja on identtinen ensimmäisen kanssa paitsi, että ensimmäi-nen Gz2(t) on valittu tyydyttämään yhtälön YLj |dtGz2(t) ( - J*· +1 ) 2* (23) ja n sellaista sarjaa on sitten hankittu täydentämään ava-z ruustiedon keräämistä.

G -gradienttipulssien täytyy tyydyttää ehto

. X

J*«Gx /dtGx L· ... «=. (24)

2 * ‘s \ \ JH

Lienee selvää, että on valittavana suuri määrä G - ja G - y z pulsseja, jotka voidaan käyttää tuottamaan täydellisen sarjan avaruustietoa, sisältäen lisäksi G -vaihekoodauspulssit aika-, z välillä 8, 12, jne., kuvassa 8. Ainoa vaatimus on, että kaikki kokovaiheparien parit, (φ ,Φζ), joita G - ja Gz~pulssit tuottavat, tyydyttävät (Δφ , ΔΦ ) = (k ,k ), missä y z y z ky·-^. -f n.....Jx.i. (25> n_ n n * " Z~* * 4 +1, ' · · ’2 * (26) on käytetty ainakin yhdessä signaalissa.

Kuva 9 on yksinkertaistettu blokkikaavio NMR-kuvausjärjestelmän suuremmista komponenteista, joka järjestelmä on sopiva ί3 78986 käytettäväksi tässä selostetun keksinnön NMR-pulssisarjojen kanssa. Järjestelmä, yleensä merkitty 400:11a, on koottu yleiskäyttöisestä minitietokoneesta 401, joka on toiminnallisesti kytketty levymuistiyksikköön 403 ja liitäntäyksikköön 405. RF-lähetin 402, signaalikeskiarvolaskin 404, ja gradi-enttienergian syöttölaitteet 406, 408 ja 410 vastaavasti x-, y-, z-gradienttikeloille 416, 418 ja 420 on kytketty tietokoneeseen 401 liitäntäyksikön 405 kautta.

RF-lähetin 402 on portitettu pulssiverhokäyrillä tietokoneesta 401 kehittämään RF-pulsseja, joilla on haluttu modulaatio synnyttämään resonanssin tutkittavassa kohteessa. RF-pulssit vahvistetaan RF-tehovahvistimissa 412 tasoille, jotka vaihte-levat 100 watista useihin kilowatteihin, riippuen kuvausmenetelmästä, ja syötetään vastaanotinkelalle 424. Korkeampia tehotasoja tarvitaan laajoille kohdetilavuuksille, kuten kokokehon kuvaus, ja missä lyhytaikaisia pulsseja tarvitaan synnyttämään laajan NMR-taajuuskaistaleveyden.

NMR-signaali otetaan vastaan vastaanotinkelalla 426, vahvistetaan matalakohinaisella esivahvistimella 422, ja syötetään edelleen vahvistettavaksi, ilmaistavaksi ja suodatettavaksi vastanottimeen 414. Signaali on sitten digitaalikoodattu sig-naalikeskiarvolaskimella 404 tapahtuvaa keskiarvolaskentaa varten ja tietokoneella 401 tapahtuvaa prosessointia varten. Esivahvistin 422 ja vastaanotin 414 on suojattu RF-pulsseilta siirron aikana aktiivisella portituksella tai passiivisella suodatuksella.

Tietokone 401 aikaansaa portituksen ja verhokäyrämodulaation NMR-pulsseille, sammutuksen esivahvistimelle ja RF-tehovah-vistimelle, ja jännitteen aallonmuodot gradientin tehosyötöl-le. Tietokone myös saa aikaan tietojen käsittelyn, kuten Fourier-muunnoksen, kuvan uudelleenkonstruoimisen, tietojen suodatuksen, kuvausnäytön ja muistitoiminnat, joista kaikki ovat minitietokoneen tavanomaisesti aikaansaamia toimintoja, ja joita siten on tässä selostettu vain toiminnallisesti (supra).

24 7 8 9 8 6 Lähettimen ja vastaanottimen RF-kelat voivat, jos halutaan, olla yksittäiskeloja. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää kahta erillistä kelaa, jotka ovat sähköisesti kohtisuorassa. Jälkimmäisellä rakenteelle on etuna pienentynyt RF-pulssin läpilyönti vastaanottimeen pulssin siirron aikana. Molemmissa tapauksissa kelojen kentät ovat kohtisuorassa staattisen magneettikentän Bq suuntaa vastaan, jonka kentän on synnyttänyt magneetti 428 (kuva 9). Kelat on eristetty järjestelmän muusta osasta sulkemalla ne RF-suojattuun häkkiin. Kolme tyypillistä RF-kelamuotoa on esitetty kuvissa 10a, 10b ja 10c. Kaikki nämä kelat tuottavat RF-magneettikentät x-suunnassa. Kelamuodot kuvissa 10b ja 10c sopivat magneettigeometrioille, joita varten kohdetilan akseli on samansuuntainen pääkentän Bq kanssa (kuva 1). Kuvassa 10a esitetty muoto on käyttökelpoinen geometrioille, joissa kohdetila-akseli on kohtisuorassa pääkenttää BQ vastaan (ei näytetty).

Magneettikenttägradienttikelat 416, 418 ja 420 (kuva 9) ovat välttämättömiä aikaansaamaan vastaavasti gradientit G , G ja x y G . Tässä selostetuissa kuvauspulssisarjoissa gradienttien z tulisi olla monotonisia ja suoraviivaisia koko kohdetilassa. Moniarvoiset gradienttikentät aiheuttavat huononemista NMR-signaalitiedoissa, tunnettu valetoistona, mikä johtaa erilaisiin kuvavirheisiin. Epälineaariset gradientit aiheuttavat geometrisiä vääristymiä kuvassa.

Gradienttikelojen muoto, joka sopii hyvin magneettigeometri-sille kohdetilan akelin ollessa samansuuntainen pääkentän Bq kanssa, on kuvattu kuvissa 11a ja 11b. Jokainen gradientti ΰχ ja G on tuotettu kelasarjalla, kuten sarjat 300 ja 302 ku-vassa 11a. Kuvassa 11a kuvatut kelasarjät tuottavat gradientin G . Kelasarjät gradientin G tuottamista varten on kier-x y retty 90° kohdetilan sylinterimäisen akselin 106 (kuva 1) ympäri kelaan nähden, joka tuottaa gradientin G . z-gradien- Λ tin tuottaa kelapari, kuten kelat 400 ja 402 kuvassa 11b.

Edellä olevasta lienee käynyt ilmi, että keksinnön mukaiset NMR-pulssisarjät aikaasaavat parannetut NMR-menetelmät, jotka 25 7 8 9 8 6 eliminoivat epätäydellisten 180° RF-pulssien aikaansaamien häiritsevien FID-signaalien vaikutukset. Keksinnön käyttäminen NMR-kuvaukseen tuottaa parannetut NMR-pulssisarjät, jotka eliminoivat kuvavirheet, jotka johtuvat häiritsevistä FID-signaaleista.

Samalla, kun tämä keksintö on ollut ja selostettu viittaamalla yksityiskohtaisiin toteutuksiin ja esimerkkeihin, muut muotoilut ja muunnelmat ovat mahdollisia niille, jotka ovat harjaantuneet edellä olevien opetusten tarkoitusperiin. Sen mukaisesti on ymmärrettävä, että keksinnön liitteenä olevien vaatimusten tarkoitus voidaan toteuttaa toisella tavalla kuin on yksityiskohtaisesti selostettu.

Claims (44)

78986

1. Menetelmä häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutusten voittamiseksi lyhentämällä sen kestoa häiriöiden välttämiseksi halutussa NMR-signaalissa, käsittäen mainittu menetelmä peräkkäiset vaiheet: NMR-kohteen paikantaminen staattisessa magneettikentässä; mainitun NMR-kohteen säteilyttäminen 180° RF-pulssilla siten, että luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssis-sa aikaansaavat monet ydinspinit mainitussa NMR-kohteessa muuttamaan sijaintiaan muulla kuin 180° kulmalla suhteessa mainitun staattisen magneettikentän suuntaan, tuottaen mainitut ydinspinit joukon ydinmagnetointikomponentteja poikittain . ; mainittuun staattiseen magneettikenttään nähden siten synnyt--* täen häiritsevän FID-signaalin NMR-signaalin vastaanottoke- I lassa mainitun 180° RF-pulssin päättyessä; tunnettu seuraavista vaiheista: murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttäminen mainittuun NMR-kohteeseen vaihesiirtämään mainitut ydinspinit siten, että mainitun häiritsevän FID NMR-signaalin kesto on lyhentynyt; mainitun murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttäminen NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin kestoa, missä mainittu 180° RF-pulssi muodostaa osan NMR-spinkaikupulssisekvenssistä, ja missä mainittu menetelmä edelleen käsittää vaiheen, jossa mainittuun näytteeseen syötetään primäärimagneettikenttägradienttipulssi ennen mainitun NMR-näytteen säteilyttämistä mainitulla 180° RF-pulssilla, jolla primääripulssilla on sama suunta ja yhtä suuri integraali ajan suhteen kuin mainitulla murskaajapulssilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 180° RF-pulssi käsittää selektiivisen 180° RF-pulssin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää mainitun NMR-kohteen säteilyttämis-vaiheen seuraten mainitun murskaajapulssin syöttämistä vähin 78986 täin yhdellä 180° RF-lisäpulssilla, ja missä viimemainittua säteilyttämisvaihetta edeltää ja seuraa vastaavasti primääri-ja murskaajamagneettikenttägradienttipulssien syöttövaihe, ollen mainituilla primääri- ja murskaajapulsseilla sama suunta ja yhtä suuri integraali ajan suhteen.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu ennen mainittua primääripulssia tapahtuvista vaiheista : monien ydinspinien selektiivinen magnetointi ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin aikana mainitun NMR-kohteen avaruus-osassa säteilyttämällä mainittua kohdetta selektiivisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradienttipulssin läsnäollessa; toisen magneettikenttägradienttipulssin, jonka muodostaa * uudelleenvaiheistus ja primäärikomponentit, syöttäminen toi sen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen, toinen ja murskaajamagneet- : tikenttägradienttipulssit ovat toisiinsa nähden seuraavan yhtälön määrittämässä suhteessa Jv* Jv* - 7 Α,«· missä /,/2 ja /, vastaavasti merkitsevät mainittujen ensimmäisen .toisen ja murskaajamagneettikenttägradienttien integraaleja ajan suhteen yli mainitun ensimmäisen, toisen ja kolmannen aikavälin vastaavasti, ja missä mainituilla mag-neettikenttägradienteille on sama suunta q, ja jokainen on merkitty G :11a. q

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu suunta q on pitkin akselia kohtisuorassa mainittua selektiivisesti magnetoitujen ydinspinien taso-osaa vastaan. 28 78986

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää mainitun NMR-kohteen säteilyttämis-vaiheen, seuraten mainitun murskaajamagneettikenttägradient-tipulssin syöttämistä ainakin yhdellä 180° RF-lisäpulssilla edeltäen ja seuraten viimemainittua säteilyttämisvaihetta primääri- ja murskaajamagneettikenttägradienttipulssien syöttövaihe, joilla pulsseilla on sama suunta ja yhtä suuret integraalit ajan suhteen.

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu .· siitä, että mainittu selektiivinen RF-pulssi sisältää 90° RF-pulssin,

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu ' siitä, että mainittu 90° RF-pulssi käsittää RF-kantoaallon amplitudimoduloituna signaalilla, jonka aallonmuoto on (sin bt)/bt, jossa b on vakio ja t on aika.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 90° RF-pulssi käsittää Gaussin amplitu-dimoduloidun kantoaallon.

- 11. Menetelmä, joka voittaa staattisen magneettikentän luon taisen epähomogeenisuuden vaikutukset NMR-spinkaiun muodostuksessa, ja joka voittaa häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutukset lyhentämällä sen kestoa välttämään sen sekaantumisen halutun NMR-spinkaikusignaalin kanssa, tunnettu siitä, että se käsittää peräkkäiset vaiheet: a. staattisen magneettikentän aikaansaamisen pitkin NMR-ku-vauskohteen akselia; b. selektiivinen magnetointi, ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, ensimmäiselle enemmistölle ydinspinejä mainitun kuvauskohteen taso-osassa säteilyttämällä mainittua kuvauskohdetta selektiivisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradienttipulssin läsnäollessa; c. syöttämällä toista ennalta määrättyä aikaväliä varten: (l) vaihetta siirtävä kenttägradienttipulssi pitkin mainitun kuvauskohteen toista akselia vaihesiirtämään mai- 29 78986 nitut ydinspinit, ollen mainittu vaiheensiirto yhteydessä ydinspinvaihesiirtoon, jonka indusoi luontaiset epähomogeenisuudet mainitussa staattisessa magneettikentässä, ja (2) kolmas magneettikenttägradienttipulssi, jonka muodostaa uudelleenvaiheistus ja primäärinen magneettikent-täkomponentti pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia; d. mainitun kuvauskohteen säteilyttäminen 180° RF-pulssilla kolmannen aikavälin kuluessa aikavälin T kuluttua maini- a tun selektiivisen RF-pulssin keskimääräisestä esiintymisestä, panemaan alkuun mainittujen magnetoitujen ydinspi-nien uudelleenvaiheistuksen, minkä jälkeen eivät mitkään luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssissa aikaansaa ydinspinien enemmistöä mainitussa kuvauskohteessa muuttamaan suuntausta muualla kuin 180° kulmalla mainitun staattisen magneettikentän suuntaan verrattuna, tuottaen viimemainitut ydinspinit verkon ydinmagnetoituja komponentteja, poikittain mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden, joka indusoi häiritsevän FID NMR-signaa-lin NMR-signaalin vastaanottavissa laitteissa mainitun 180° RF-pulssin päätyttyä; e. murskaajamagneettikenttägradientin syöttäminen neljännen ennaltamäärätyn aikavälin kuluessa vaihesiirtämään mainitut ydinspinit, jotka tuottavat mainitun häiritsevän FID:n siten, että mainitun FID-signaalin kesto lyhenee, ja kääntämään mainitun magneettikenttägradientin mainitun primäärisen vaiheensiirtokomponentin vaiheensiirtovaikutukseen, joka mainittu murskaajamagneettikenttägradienttipulssi syötetään NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin aikaa; f. ainakin yhden kuvausgradientin syöttäminen viidennen en nalta määrätyn aikavälin kuluessa ollen kuvausgradientilla sama suunta kuin mainitulla vaiheensiirtogradientilla vaiheessa c(l) siten, että aikavälin jälkeen, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaväli joka seuraa mainittua di 180° RF-pulssia, ydinspinkaiku, jonka aiheuttaa viimeksimainitun vaiheensiirtogradientin vaihesiirtämien ydin- 30 7 8 9 8 6 spinien uudelleenvaiheistaminen, sattuu samanaikaisesti ydinspinkaiun esiintymisen kanssa johtuen niiden ydin-spinien uudelleenvaiheistamisesta, jotka vaihesiirrettiin mainitun staattisen magneettikentän luontaisilla epähomo-geenisuuksilla tuottaen mainitut ydinspinkaiut yhdistetyn NMR-spinkaikusignaalin mainitun häiritsevän FID-signaalin esiintymisen jälkeisenä aikana; ja g. mainitun yhteisen NMR-spinkaikusignaalin näytteenotto mainitun kuvausgradientin läsnäollessa.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu selektiivinen RF-pulssi käsittää 90° RF-pulssin.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu jaksolukuselektiivinen pulssi sisältää kantoaallon moduloituna signaalilla,jonka aallonmuoto on (sin bt)/bt, missä b on vakio ja t on aika.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF-pulssi käsittää Gaussin amplitudimoduloidun kantoaallon.

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu avaruusosa sijaitsee kohtisuorassa mainittua ensimmäistä mainitun kohteen akselia vastaan.

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu vaiheensiirtogradientti vaiheessa c(l) on resultanttivaiheensiirtogradientti kahden olennaisen vaiheensiirtogradientin vektoriyhteenlaskusta, jotka gradien-tit ovat keskenään kohtisuorassa, ja jotka ovat samantasoisia mainitun taso-osan kanssa, ollen mainitulla vaiheensiirtogra-dienttiresultantilla ennalta määrätty suunta.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu kuvausgradientti vaiheessa (f) on resultanttikuvausgradientti kahden olennaisen kuvausgradien- 31 78986 tin vektoriyhteenlaskusta, jotka gradientit ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, ja jotka ovat samantasoisia mainitun taso-osan kanssa, ollen mainituilla olennaisilla kuvausgradi-enteilla vastaavasti samat suunnat mainitussa ohuessa taso-laatassa kuin mainituilla vaiheensiirtogradienteilla, ollen mainitut olennaiset kuvausgradientit valittu siten, että mainitulla resultanttikuvausgradientilla on sama ennalta määrätty suunta kuin mainitulla reultanttivaiheensiirtogradientil-la.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun resultanttivaiheensiirtogradientin aallonmuodon integraali aikaan nähden yli mainitun ensimmäisen aikavälin on valittu olemaan yhtä suuri mainitun resul-tanttikuvausgradientin aallonmuodon integraalin kanssa aikaan nähden yli aikavälin, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaväli TL · a

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu resultanttikuvausgradientti on valittu esittämään vakioamplitudia mainitun yhdistetyn NMR-spinkaikusignaalin keruuvaiheen aikana.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää vaiheiden (a-g) sarjan toistovai-heen mainittujen resultanttivaiheensiirto- ja kuvausgradient-tien eri suunnissa peittämään, differentiaalisesti, ainakin 180° kaaren mainitun ohuen tasolaatan sisällä.

21. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu vaiheensiirtogradientti vaiheessa c(l) on resultantti ensimmäisen ja toisen keskenään kohtisuoraan gradientin vektoriyhteenlaskusta, jotka gradientit ovat samantasoisia mainitun tasolaatan kanssa, ollen mainitun ensimmäisen kohtisuoran gradientin amplitudi aseteltavissa vai-hekoodausydinspininformaatiota varten sen suunnassa. 32 7 8 9 8 6

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu kuvausgradientti on valittu olemaan samassa suunnassa mainitun toisen kohtisuoran gradientin kanssa.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että mainitun toisen kohtisuoran gradientin aal- lonmuodon integraali aikaan nähden on valittu olemaan yhtä suuri mainitun kuvausgradientin vaiheessa (f) aallonmuodon integraali aikaan nähden yli aikavälin, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaväli 1? . a

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kuvausgradientti vaiheessa (f) on valittu omaamaan vakioamplitudin mainitun yhdistetyn NMR- ·. signaalin keruuvaiheen ajan.

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää edelleen vaiheiden (a-g) sarjan toistovaiheen mainitun ensimmäisen kohtisuoran gradientin eri amplitudille.

26. Kolmiulotteinen NMR-kuvausmenetelmä, jossa häiritsevien FID NMR-signaalien vaikutukset on voitettu lyhentämällä niiden kestoa niiden sekaantumisen välttämiseksi halutun NMR-signaalin kanssa, ja jossa tarpeellinen kuvausinformaatio NMR-kuvauskohteen paksun tasolaatan tomograafisten osakuvien sarjojen konstruoimista varten on ketätty samanaikaisesti läpi mainitun paksun tasolaatan, tunnettu siitä, että se käsittää olennaisesti vaiheet: a. staattisen magneettikentän aikaansaaminen pitkin mainitun kuvauskohteen ensimmäistä akselia; b. ensimmäisen ydinspinien enemmistön selektiivinen magne-tointi ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa mainitussa paksussa tasolaatassa säteilyttämällä mainittua kuvauskohdetta selektiivisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradienttipulssin läsnäollessa; c. syöttämällä toisella ennalta määrätyllä aikavälillä: 33 7 8 9 8 6 (1) toinen magneettikenttägradienttipulssi pitkin mainitun kuvauskohteen toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihesiirtoa varten, (2) kolmas magneettikenttägradientti suunnattuna pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia ydinspinava-ruusjakautuman tiedon koodausta varten pitkin mainittua kolmatta akselia, ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu n eri amplitudeista, missä n on J J yhtä suuri kuin kuva-alkioiden lukumäärä yhdessä mainituista tomograafiosakuvista pitkin mainittua kolmatta akselia; ja (3) neljäs magneettikenttägradienttipulssi pitkin ensimmäistä akselia, ollen mainitulla neljännellä magneet-tipulssilla ensimmäinen komponentti ydinspinavaruusja-kautumatiedon koodausta varten pitkin mainittua ensimmäistä akselia, ja toinen komponentti magnetoitujen ydinspinien uudelleenvaiheistamista varten mainitussa paksussa tasolaatassa, jotka vaihesiirrettiin vaiheen (6) aikana, ja edelleen käsittäen primääripulssikompo-nentin ydinspinien vaihesiirtoa varten mainitussa kuvauskohteessa, ollen mainitulla ensimmäisellä komponentilla n eri amplitudia, jossa n on valittu ole- L·· Z maan yhtä suuri kuin mainittujen tomograafisten osakuvien lukumäärä; -f d. mainitun kuvauskohteen säteilyttäminen 180° RF-pulssilla . kolmannen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa aloittamaan mainittujen magnetoitujen ydinspinien uudelleenvaiheistuk-sen, minkä jälkeen eivät mitkään luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssissa aikaansaa ydinspinien enemmistöä mainitussa kuvauskohteessa muuttamaan suuntaustaan millään muulla kuin 180° kulmalla mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden, tuottaen viimemainitut ydinspinit magnetointikomponenttiverkon, joka on poikittain mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden, joka indusoi häiritsevän FID-signaalin NMR-signaalin vas-taanottolaitteissa mainitun 180° RF-pulssin päättymisen jälkeen; 34 7 8 9 8 6 e. murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttäminen neljännen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa vaihesiirtämään mainitut ydinspinit tuottamaan mainitun häiritsevän FID-signaalin siten, että mainitun neljännen magneettikenttä-gradientin mainitun primääripulssikomponentin vaiheensiir-tovaikutus on käännetty, joka mainittu murskaajamagneetti-kenttägradienttipulssi syötetään NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin aikaa; f. ensimmäisen spinkaikusignaalin kerääminen ηχ kertaa kääntämällä mainitut magnetoidut ydinspinit mainitulla 180° RF-pulssilla kuvausgradientin läsnäollessa ohjattuna pitkin mainittua toista akselia, esiintyen mainittu spinkai-kusignaali mainitun häiritsevän FID-signaalin esiintymistä seuraavana aikana, jossa ηχ on valittu olemaan yhtä suuri kuin kuva-alkioiden lukumäärä mainituissa tomograafisissä osakuvissa pitkin mainittua toista akselia; g. mainitun kuvauskohteen säteilyttäminen kerrannaisilla 180° RF-pulsseilla niin, että jokainen viimemainituista 180° pulsseista tuottaa spinkaikusignaalin, edeltäen ja seuraten jokaista mainittua kerrannaista 180° RF-pulssia primääri- ja murskaajamagneettikenttägradienttipulssit, vastaavasti, häiritsevien FID-signaalien lyhentämiseksi, joita ovat indusoineet luontaiset epätäydellisyydet mainituissa kerrannaisissa 180° pulsseissa, ollen mainituilla primääri- ja murskaajapulsseilla sama suunta ja yhtä suuret integraalit ajan suhteen; h. jokaisen mainitun kerrannaisen spinkaikusignaalin kerääminen ηχ kertaa mainitun kuvausgradientin läsnäollessa; i. mainittujen kerättyjen spinkaikusignaalien, aika-käännön jälkeen vuorotettujen, keskiarvon laskeminen parantamaan signaali-kohinasuhdetta mainitussa kuvausinformaatiossa; j. vaiheiden (a-i) toistaminen jokaisella mainitun kolmannen magneettikentägradientin amplitudilla n^; ja k. vaiheiden (a-j) toistaminen jokaisella mainitun magneetti-kenttägradientin mainitun vaiheensiirtokomponentin amplitudilla n . z 35 7 8 9 8 6

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että selektiivinen RF-pulssi sisältää 90° RF-puls-sin.

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF-pulssi sisältää signaalilla (sin bt)/bt amplitudimoduloidun RF-kantoaallon, missä b on vakio ja t on aika.

29. Menetelmä häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutusten voittamiseksi lyhentämällä sen kestoa sekaantumisen välttämiseksi halutun NMR-signaalin kanssa, tunnettu siitä, että se käsittää peräkkäiset vaiheet: a. NMR-kohteen paikantaminen staattisessa magneettikentässä; b. ydinspinien enemmistön magnetoiminen ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa mainitussa NMR-kohteessa sä- : : teilyttämällä mainittua kohdetta RF-pulssilla; c. toisen magneettikenttägradienttipulssin syöttäminen toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, ollen pulssilla primäärinen magneettikenttägradienttikomponentti; d. mainitun NMR-kohteen säteilyttäminen 180° RF-pulssilla kääntämään mainittujen ydinspinien suuntausta 180°:11a, jonka jälkeen luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° : RF-pulssissa aikaansaavat ydinspinien enemmistön mainitus sa NMR-kohteessa muuttamaan suuntausta muulla kuin 180° kulmalla mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden siten tuottaen ydinmagnetointikomponentin poikittain mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden siten, että mainittu komponentti indusoi häiritsevän FID-signaa-lin NMR-signaalin vastaanottolaitteissa mainitun 180° RF-pulssin päättymisen jälkeen; ja e. murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttäminen kolmannen aikavälin kuluessa ja seuraten mainittua säteilyt-tämisvaihetta, vaihesiirtämään mainitut ydinspinit tuottaen mainitun nettoydinmagnetointikomponentin siten, että mainitun häiritsevän FID-signaalin kesto lyhenee eikä se sekaannu NMR-signaaliin, jonka tuottavat ne magnetoidut ydinspinit, joiden suuntausta on muutettu 180°:11a, joka 36 7 8 9 8 6 mainittu murskaajamagneettikenttägradienttipulssi syötetään NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin aikaa.

30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu magnetointivaihe käsittää mainitun kohteen säteilyttämisvaiheen selektiivisellä RF-pulssilla magneettikenttägradienttipulssin läsnäollessa.

31. Patenttivaatimuksen 30 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu selektiivinen RF-pulssi käsittää 90° RF-pulssin.

32. Patenttivaatimuksen 31 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että 90° RF-pulssi käsittää aallonmuodon (sin bt)/bt-signaalilla amplitudimoduloidun RF-kantoaallon, jossa b on vakio ja t on aika.

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF-pulssi käsittää Gaussin amplitudimoduloidun kantoaallon.

34. Laitteisto häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutusten voittamiseksi lyhentämällä sen kestoa häiriöiden välttämiseksi halutussa NMR-signaalissa, käsittäen mainittu laitteisto: elimet NMR-kohteen paikantamiseksi staattisessa magneettikentässä; elimet mainitun NMR-kohteen säteilyttämiseksi 180° RF-pulssilla siten, että luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssissa aikaansaavat monet ydinspinit mainitussa NMR-kohteessa muuttamaan sijaintiaan muulla kuin 180° kulmalla suhteessa mainitun staattisen magneettikentän suuntaan, tuottaen mainitut ydinspinit joukon ydinmagnetointikomponent-teja poikittain mainittuun staattiseen magneettikenttään nähden siten synnyttäen häiritsevän FID-signaalin NMR-signaalin vastaanottokelassa mainitun 180° RF-pulssin päättyessä; tunnettu siitä, että laitteisto käsittää: 37 78986 elimet murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi mainittuun NMR-kohteeseen vaihesiirtämään mainitut ydin-spinit siten, että mainitun häiritsevän FID NMR-signaalin kesto on lyhentynyt; elimet mainitun murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin kestoa, missä mainittu 180° RF-pulssi muodostaa osan NMR-spinkaikupulssisekvenssistä, ja missä mainittu laitteisto edelleen käsittää elimet, joilla mainittuun näytteeseen syötetään primäärimagneettikenttägradienttipulssi ennen mainitun NMR-näytteen säteilyttämista mainitulla 180° RF-pulssilla, jolla primääripulssilla on sama suunta ja yhtä suuri integraali ajan suhteen kuin mainitulla murskaajapuls-silla.

35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu 180° RF-pulssi käsittää selektiivisen 180° RF-pulssin.

36. Patenttivaatimuksen 34 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet mainitun NMR-kohteen säteilyttämiseksi seuraten mainitun murskaajapulssin syöttä- '·’ mistä vähintäin yhdellä 180° RF-lisäpulssilla, ja missä viimemainittuja säteilyttämiselimiä edeltää ja seuraa vastaavasti primääri- ja murskaajamagneettikenttägradienttipulssien syöttöelimet, ollen mainituilla primääri- ja murskaajapuls-seilla sama suunta ja yhtä suuri integraali ajan suhteen.

37. Jonkin patenttivaatimuksen 34-36 mukainen laitteisto, tunnettu ennen mainittua primääripulssia olevista: elimistä monien ydinspinien selektiiviseksi magnetoimiseksi ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin aikana mainitun NMR-kohteen avaruusosassa säteilyttämällä mainittua kohdetta selektiivisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägra-dienttipulssin läsnäollessa; elimistä toisen magneettikenttägradienttipulssin, jonka muodostaa uudelleenvaiheistus ja primäärikomponentit, syöttämiseksi toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa. 38 78986

38. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäinen, toinen ja murskaajamag-neettikenttägradienttipulssit ovat toisiinsa nähden seuraavan yhtälön määrittämässä suhteessa Jv* · f*,* - missä Lf* ja L vastaavasti merkitsevät mainittujen ensimmäisen .toisen ja murskaajamagneettikenttägradienttien integraaleja ajan suhteen yli mainitun ensimmäisen, toisen ja kolmannen aikavälin vastaavasti, ja missä mainituilla mag-neettikenttägradienteille on sama suunta q, ja jokainen on merkitty G^:lla.

39. Patenttivaatimuksen 37 tai 38 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu suunta q on pitkin akselia kohtisuorassa mainittua selektiivisesti magnetoitujen ydinspinien taso-osaa vastaan.

40. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää elimet mainitun NMR-kohteen säteilyttämiseksi, seuraten mainitun murskaajamagneettikent-tägradienttipulssin syöttämistä ainakin yhdellä 180° RF-lisä-pulssilla edeltäen ja seuraten viimemainittuja säteilyttämis-elimiä primääri- ja murskaajamagneettikenttägradienttipulssi-en syöttöelimet, joilla pulsseilla on sama suunta ja yhtä suuret integraalit ajan suhteen.

41. Laitteisto, joka voittaa staattisen magneettikentän luontaisen epähomogeenisuuden vaikutukset NMR-spinkaiun muodostuksessa, ja joka voittaa häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutukset lyhentämällä sen kestoa välttämään sen sekaantumisen halutun NMR-spinkaikusignaalin kanssa, tunnettu siitä, että se käsittää: a. elimet staattisen magneettikentän aikaansaamiseksi pitkin NMR-kuvauskohteen akselia; 39 7 8 9 8 6 b. elimet selektiiviseen magnetointiin, ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, ensimmäiselle enemmistölle ydinspinejä mainitun kuvauskohteen taso-osassa säteilyttä-mällä mainittua kuvauskohdetta selektiivisellä RF-pulssil-la ensimmäisen magneettikenttägradienttipulssin läsnäollessa ; c. elimet toista ennalta määrättyä aikaväliä varten: (1) vaihetta siirtävän kenttägradienttipulssin syöttämiseksi pitkin mainitun kuvauskohteen toista akselia vaihesiirtämään mainitut ydinspinit, ollen mainittu vaiheensiirto yhteydessä ydinspinvaihesiirtoon, jonka indusoi luontaiset epähomogeenisuudet mainitussa staattisessa magneettikentässä, ja (2) kolmannen magneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi, jonka muodostaa uudelleenvaiheistus ja primäärinen magneettikenttäkomponentti pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia; d. elimet mainitun kuvauskohteen säteilyttämisenksi 180° RF-pulssilla kolmannen aikavälin kuluessa aikavälin 7^ kuluttua mainitun selektiivisen RF-pulssin keskimääräisestä esiintymisestä, panemaan alkuun mainittujen magnetoitu-jen ydinspinien uudelleenvaiheistuksen, minkä jälkeen eivät mitkään luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssissa aikaansaa ydinspinien enemmistöä mainitussa kuvauskohteessa muuttamaan suuntausta muualla kuin 180° kulmalla mainitun staattisen magneettikentän suuntaan verrattuna, tuottaen viimemainitut ydinspinit verkon ydinmag-netoituja komponentteja, poikittain mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden, joka indusoi häiritsevän FID NMR-signaalin NMR-signaalin vastaanottavissa laitteissa mainitun 180° RF-pulssin päätyttyä; e. elimet murskaajamagneettikenttägradientin syöttämiseksi neljännen ennaltamäärätyn aikavälin kuluessa vaihesiirtämään mainitut ydinspinit, jotka tuottavat mainitun häiritsevän FID:n siten, että mainitun FID-signaalin kesto lyhenee, ja kääntämään mainitun magneettikenttägradientin mainitun primäärisen vaiheensiirtokomponentin vaiheensiirto-vaikutukseen, joka mainittu murskaajamagneettikenttägradi- 40 78986 enttipulssi syötetään NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin aikaa; f. elimet ainakin yhden kuvausgradientin syöttämiseksi viidennen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa ollen kuvausgradientilla sama suunta kuin mainitulla vaiheen-siirtogradientilla vaiheessa c(l) siten, että aikavälin jälkeen, joka on yhtä suuri kuin mainittu aikaväli T? , 3 joka seuraa mainittua 180° RF-pulssia, ydinspinkaiku, jonka aiheuttaa viimeksimainitun vaiheensiirtogradientin vaihesiirtämien ydinspinien uudelleenvaiheistaminen, sattuu samanaikaisesti ydinspinkaiun esiintymisen kanssa johtuen niiden ydinspinien uudelleenvaiheistamisesta, jotka vaihesiirrettiin mainitun staattisen magneettikentän luontaisilla epähomogeenisuuksilla tuottaen mainitut ydin-spinkaiut yhdistetyn NMR-spinkaikusignaalin mainitun häiritsevän FID-signaalin esiintymisen jälkeisenä aikana; ja g. elimet mainitun yhteisen NMR-spinkaikusignaalin näytteen-ottamiseksi mainitun kuvausgradientin läsnäollessa.

42. Kolmiulotteinen NMR-kuvauslaitteisto, jossa häiritsevien FID NMR-signaalien vaikutukset on voitettu lyhentämällä niiden kestoa niiden sekaantumisen välttämiseksi halutun NMR-signaalin kanssa, ja jossa tarpeellinen kuvausinformaatio NMR-kuvauskohteen paksun tasolaatan tomograafisten osakuvien sarjojen konstruoimista varten on ketätty samanaikaisesti läpi mainitun paksun tasolaatan, tunnettu siitä, että se käsittää: a. elimet staattisen magneettikentän aikaansaamiseksi pitkin mainitun kuvauskohteen ensimmäistä akselia; b. elimet ensimmäisen ydinspinien enemmistön selektiiviseen magnetointiin ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa mainitussa paksussa tasolaatassa säteilyttämällä mainittua kuvauskohdetta selektiivisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradienttipulssin läsnäollessa; c. elimet toisella ennalta määrätyllä aikavälillä: (1) toisen magneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi pitkin mainitun kuvauskohteen toista akselia mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihesiirtoa varten, 4i 78986 (2) kolmannen magneettikenttägradientin syöttämiseksi suunnattuna pitkin mainitun kuvauskohteen kolmatta akselia ydinspinavaruusjakautuman tiedon koodausta varten pitkin mainittua kolmatta akselia, ollen mainitulla kolmannella magneettikenttägradientilla ennalta määrätty amplitudi, joka on valittu ny eri amplitudeista, missä n on yhtä suuri kuin kuva-alkioiden lukumäärä yhdessä mainituista tomograafiosakuvista pitkin mainittua kolmatta akselia; ja (3) neljännen magneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi pitkin ensimmäistä akselia, ollen mainitulla neljännellä magneettipulssilla ensimmäinen komponentti ydinspinavaruusjakautumatiedon koodausta varten pitkin mainittua ensimmäistä akselia, ja toinen komponentti magnetoitujen ydinspinien uudelleenvaiheistamista varten mainitussa paksussa tasolaatassa, jotka vaihesiir-rettiin vaiheen (6) aikana, ja edelleen käsittäen primääripulssikomponentin ydinspinien vaihesiirtoa varten mainitussa kuvauskohteessa, ollen mainitulla ensimmäisellä komponentilla n eri amplitudia, jossa nz on valittu olemaan yhtä suuri kuin mainittujen tomograafisten osakuvien lukumäärä; d. elimet mainitun kuvauskohteen säteilyttämiseksi 180° RF-pulssilla kolmannen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa aloittamaan mainittujen magnetoitujen ydinspinien uudel-leenvaiheistuksen, minkä jälkeen eivät mitkään luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssissa aikaansaa ydinspinien enemmistöä mainitussa kuvauskohteessa muuttamaan suuntaustaan millään muulla kuin 180° kulmalla mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden, tuottaen viimemainitut ydinspinit magnetointikomponenttiverkon, joka on poikittain mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden, joka indusoi häiritsevän FID-signaalin NMR-signaalin vastaanottolaitteissa mainitun 180° RF-puls-sin päättymisen jälkeen; e. elimet murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi neljännen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa vaihe-siirtämään mainitut ydinspinit tuottamaan mainitun häirit- 42 78986 sevän FID-signaalin siten, että mainitun neljännen mag-neettikenttägradientin mainitun primääripulssikomponentin vaiheensiirtovaikutus on käännetty, joka mainittu murskaa-jamagneettikenttägradienttipulssi syötetään NMR-näyttee-seen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin aikaa; f. elimet ensimmäisen spinkaikusignaalin keräämiseksi ηχ kertaa kääntämällä mainitut magnetoidut ydinspinit mainitulla 180° RF-pulssilla kuvausgradientin läsnäollessa ohjattuna pitkin mainittua toista akselia, esiintyen mainittu spin-kaikusignaali mainitun häiritsevän FID-signaalin esiintymistä seuraavana aikana, jossa ηχ on valittu olemaan yhtä suuri kuin kuva-alkioiden lukumäärä mainituissa tomograa-fisissa osakuvissa pitkin mainittua toista akselia; g. elimet mainitun kuvauskohteen säteilyttämiseksi kerrannaisilla 180° RF-pulsseilla niin, että jokainen viimemainituista 180° pulsseista tuottaa spinkaikusignaalin, edeltäen ja seuraten jokaista mainittua kerrannaista 180° RF-pulssia primääri- ja murskaajamagneettikenttägradientti-pulssit, vastaavasti, häiritsevien FID-signaalien lyhentämiseksi, joita ovat indusoineet luontaiset epätäydellisyydet mainituissa kerrannaisissa 180° pulsseissa, ollen mainituilla primääri- ja murskaajapulsseilla sama suunta ja yhtä suuret integraalit ajan suhteen; h. elimet jokaisen mainitun kerrannaisen spinkaikusignaalin keräämiseksi n kertaa mainitun kuvausgradientin läsnäol- Λ lessa; i. elimet mainittujen kerättyjen spinkaikusignaalien, aika-käännön jälkeen vuorotettujen, keskiarvon laskemiseksi parantamaan signaali-kohinasuhdetta mainitussa kuvausin-formaatiossa; j. elimet vaiheiden (a-i) toistamiseksi jokaisella mainitun kolmannen magneettikentägradientin amplitudilla n^; ja k. elimet vaiheiden (a-j) toistamiseksi jokaisella mainitun magneettikenttägradientin mainitun vaiheensiirtokomponen-tin amplitudilla n.

43. Laitteisto häiritsevän FID NMR-signaalin vaikutusten voittamiseksi lyhentämällä sen kestoa sekaantumisen välttämi- 43 7 8 9 8 6 seksi halutun NMR-signaalin kanssa, tunnettu siitä, että se käsittää: a. elimet NMR-kohteen paikantamiseksi staattisessa magneettikentässä; b. elimet ydinspinien enemmistön magnetoimiseksi ensimmäisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa mainitussa NMR-koh-teessa säteilyttämällä mainittua kohdetta RF-pulssilla; c. elimet toisen magneettikenttägradienttipulssin syöttämiseksi toisen ennalta määrätyn aikavälin kuluessa, ollen pulssilla primäärinen magneettikenttägradienttikomponent-ti; d. elimet mainitun NMR-kohteen säteilyttämiseksi 180° RF-pulssilla kääntämään mainittujen ydinspinien suuntausta 180°:11a, jonka jälkeen luontaiset epätäydellisyydet mainitussa 180° RF-pulssissa aikaansaavat ydinspinien enemmistön mainitussa NMR-kohteessa muuttamaan suuntausta muulla kuin 180° kulmalla mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden siten tuottaen ydinmagnetointikom-ponentin poikittain mainitun staattisen magneettikentän suuntaan nähden siten, että mainittu komponentti indusoi häiritsevän FID-signaalin NMR-signaalin vastaanottolait-teissa mainitun 180° RF-pulssin päättymisen jälkeen; ja e. elimet murskaajamagneettikenttägradienttipulssin syöttämi- ['· seksi kolmannen aikavälin kuluessa ja seuraten mainittua säteilyttämisvaihetta, vaihesiirtämään mainitut ydinspinit tuottaen mainitun nettoydinmagnetointikomponentin siten, että mainitun häiritsevän FID-signaalin kesto lyhenee eikä se sekaannu NMR-signaaliin, jonka tuottavat ne magnetoidut ydinspinit, joiden suuntausta on muutettu 180°:11a, joka mainittu murskaajamagneettikenttägradienttipulssi syötetään NMR-näytteeseen ainakin osalla häiritsevän FID NMR-signaalin aikaa.

44 78986