FI84109B - Nmr-foerestaellningssystem, i vilket anvaends faeltkompensation. - Google Patents

Description

, 84109 NMR-kuvausjärjestelmä, jossa käytetään kenttäkompensaatiota Tämä keksintö liittyy lääketieteellisiin kuvausjärjestelmiin, joissa käytetään ydinmagneettista resonanssia. Kek-5 sinnön ensisijaisen sovellutuksen tarkoituksena on saada aikaan NMR-kuvausjärjestelmä, joka on suhteellisen epäherkkä magneettikentän muutoksille.

Ydinmagneettinen resonanssi, josta käytetään lyhennettä NMR, edustaa uutta menetelmää lääketieteellisessä kuvauk-10 sessa. Eri kuvausmenetelmien yleiskuvauksia on löydettävissä monista lähteistä ja mm. kirjoista NMR Imaging in Biomedicine, P. Mansfield ja P.G. Morris, Academic Press ja Nuclear Magnetic Resonance Imaging in Medicine, 1981, Igaku-Shoin Ltd, Tokyo, tai aikakausijulkaisuista, kuten "NMR Imaging 15 Techniques and Applications: A Review", P.A. Bottonley, Rev. Sci. Instrum., vol. 53, September 1982, s. 1319-1337 ja "Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance Tomographic Imaging", Z.H. Cho et al. Proceedings of the IEEE, vol. 70, October 1982, s. 1152,1173. Näissä on kuvattu erilaisia 20 NMR-kuvausjärjestelmiä, jotka kaikki edellyttävät erittäin stabiilia magneettikenttää magneettisen resonanssin kriittisen luonteen vuoksi. Vähäisetkin vaihtelut näissä kentissä voivat aiheuttaa kuvassa joko vakavia vääristymiä tai sen häviämisen kokonaan. Näiden ankarien stabiilisuusvaatimus-25 ten vuoksi monet valmistajat ovat alkaneet käyttää suprajohtavia magneetteja, jotka ovat sekä kalliita että vaikeita huoltaa. Niillä ei myöskään pystytä saamaan aikaan kohtuullisen nopeita kenttävaihteluita, jotka ovat toivottavia määrättyjä tutkimuksia varten, kuten relaksaatioaika taajuuden 30 funktiona.

Tätä suuren stabiilisuusvaatimuksen ongelmaa on yritetty ratkaista GB-patenttijulkaisussa 2 076 542, Godfrey N. Hounsfield, EMI Limited. Tässä ratkaisussa käytetään pieniä vastaanottokeloja poimimaan signaaleja tutkittavan koh-35 teen kummaltakin puolelta. Näiden kelojen ulostulot muodostavat demodulointisignaalit päävastaanottokelalta saataville 2 84109 signaaleille. Täten magneettikentän muutokset signaalin vastaanottoaikana saadaan kompensoitua.

Tämä menetelmä ei kuitenkaan kompensoi kenttävaihteluita, jotka aiheuttavat virheitä lähetin- tai virityssig-5 naaleissa. Mainittu menetelmä edellyttää myös signaalien monimutkaista käsittelyä, kun projektioita otetaan eri suunnista. Tarvitaan ainakin neljä erillistä vastaanottokelaa, sopivimmin pari kutakin projektiokulmaa varten tai yksi vas-taanottokelapari, jota pyöritetään eri projektiokulmiin.

10 Olisi erittäin toivottavaa saada aikaan itsekompen- soiva NMR-kuvausjärjestelmä, joka sietäisi magneettikentän muutoksia. Hakijan erillisessä hakemuksessa, joka on otsikoitu "Sykkivää pääkenttää käyttävä ydinmagneettinen reso-nanssikuvausjärjestelmä", on kuvattu parannettu järjestelmä 15 päämagneettikentän synnyttämiseksi sykkivällä sähkömagneetilla. Tämä saa aikaan voimakkaampia kenttiä pienemmällä hajonnalla pienemmin kustannuksin ja tekee magneettikentästä joustavan. Siinä on kuitenkin sellainen epäkohta, että se on potentiaalisesti altis magneettikentän muutoksille. Itsekom-20 pensoiva järjestelmä ratkaisisi tämän ongelman ja saisi aikaan huomattavasti paremman ja joustavamman järjestelmän.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan NMR-kuvaus jär jestelmä , joka on epäherkkä ajallisille kentän vaihteluille .

25 Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan yk sinkertaistettu menetelmä automaattisten referenssisignaa-lien synnyttämiseksi vastaanotettujen NMR-signaalien demo-dulointia varten.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mene-30 telmä, joka automaattisesti virittää halutun kohdan oikealla taajuudella.

Lyhyesti sanottuna keksinnön mukaan tutkittava kappale viritetään käyttämällä laajakaistaista säteilyä. Käyttäen referenssivastaanottokelaa haluttua aluetta vastaavaa sig-35 naalia käytetään säätämään valitun tason virityssignaalin kehitystä. Käytössä on tiedonkeruujärjestelmä, joka on tehty

II

3 84109 vain yhteen suuntaan otettuja projektioita varten. Näin voidaan käyttää kiinteää referenssikelaparia, jolla voidaan yksinkertaisesti määrittää demodulointisignaalit kutakin mittausta varten.

5 Keksintöä selostetaan perusteellisemmin seuraavassa yksityiskohtaisessa, useita havaintoesimerkkejä sisältävässä kuvauksessa, jossa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on kaaviomainen piirustus, joka esittää keksinnön yhtä sovellutusmuotoa, 10 kuvio 1A on yläkuvanto kuviosta 1, kuvio 2 on lohkokaavio oikean tasolohkon virittämiseen käytettävästä sovellutusmuodosta, kuvio 3 on sarja aaltomuotoja, jotka esittävät keksinnön yhtä sovellutusmuotoa, 15 kuvio 4 on lohkokaavio sovellutusmuodosta oikeiden näytesignaalien kehittämiseksi ja kuvio 5 on keksinnön erästä sovellutusmuotoa kuvaava piirustus.

Keksinnön yleispiirteet voidaan ymmärtää parhaiten 20 kuvioista 1 ja 1A, joissa kohteesta 10 halutaan saada NMR-kuva. Tämä on usein poikkileikkauskuvanto yhdestä tai useammasta tasolohkosta, kuten lohkosta 26. Muita kuvaustapoja on mm. projektiokuvaus, jota on kuvattu saman keksijän vireillä olevissa US-patenttihakemuksissa 332-925 ja 332 926. Kuvio 1 25 esittää nykyisin kaikessa NMR-kuvauksessa standardiraken- teeksi muodostunutta kokonaisuutta. Tähän kuuluu lähde, joka synnyttää päämagneettikentän, joka on luokkaa 1-10 kGauss ja jota on kuvattu yksinkertaisuuden vuoksi B :11a suunnassa z.

J o

Magneettilähteenä käytetään nykyisin useita eri magneettiko tyyppejä, kuten resistiivisiä sähkömagneetteja, suprajäähdytettyjä magneetteja ja kestomagneetteja. Resistiiviset magneetit ovat halpoja ja tarjoavat mahdollisuuden magneettikentän vaihteluun. Valitettavasti niiden suhteellinen epästabiilisuus on tehnyt näiden käytön jonkin verran vaikeaksi, 35 mikä onkin tämän hakemuksen pääasiallisena kohteena. Myös saman keksijän äskettäisessä vireillä olevassa hakemuksessa 4 84109 nimeltä "Sykkivää pääkenttää käyttävä NMR-kuvausjärjestelmä on esitetty menetelmä korkeiden magneettikenttien synnyttämiseksi ilman hajontaongelmia.

Yleisesti ottaen valikoiva kuvaus tapahtuu käyttämäl-5 lä yhden tai useamman gradienttikentän, G^, ja Gz kuviossa 1, sarjoja. Kappaleen 10 ytimet viritetään rf-kelojen 14 ja 15 avulla, joiden kirjaimella B merkityt kohdat on liitetty yhteen sarjakytkennäksi. Näitä keloja syöttää rf-generaattori V1. Vaikka keloja 14 ja 15 voitaisiin käyttää 10 myös syntyvien kuvaussignaalien vastaanottamiseen käyttämällä sopivaa kytkintä, kelojen 11 ja 12 on esitetty aikaansaavan vastaanottotoiminnon. Nämä kelat on esitetty 90° kulmassa vastaanottokeloihin nähden, jotta voidaan minimoida lähetinpurkausten pääsy niihin, koska ne voivat kyllästää 15 vastaanottimen sisäänmenopiirin. Nämä kelat on kytketty sarjaan yhdistämällä A-päät ja syntyvä kuvasignaali ilmestyy päihin 13.

Jotta voidaan välttää eri kenttien siirtymisestä ja epästabiilisuudesta aiheutuvat vakavat virheet ja vääristy-20 mät, on kohteen 10 kummallekin puolelle järjestetty joukko referenssikeloja. Nämä ovat vesiputkien 16 ja 17 sisällä tai vieressä, jotka putket sijaitsevat kohteen 10 kummallakin puolella, kuten on esitetty pysty- ja sivukuvannoissa 1 ja 1A. Kaikkien kelojen käämitysten 18, 19 , 20, 25 ja 28 akse-25 lit ovat kohtisuorassa z-akseliin, kuten myös vastaanotettaviin NMR-signaaleihin nähden. Niiden symmetria-akselin on esitetty yhtyvän vastaanottokelan 13 symmetria-akseliin. Pitkiä keloja 19 ja 25 käytetään synnyttämään referenssisignaa-leja vastaanottotapahtumaa varten. Pieniä keloja 18, 20 ja 30 28 käytetään stabiloimaan viritys- eli lähetystapahtumaa, kuten selostetaan kuvioiden 2 ja 3 avulla.

Aluksi koko mielenkiinnon kohteena oleva kappale viritetään käyttäen laajakaistavirityssignaalia, joka synnytetään käyttämällä sopivia kellopulsseja ohjauskellosta 40, 35 joka ohjaa laajakaistalähdettä 42, joka synnyttää jännitteestä V.| signaalilohkon 51, joka saa aikaan 90° virityksen 5 84109 tai poikkeutuskulman. Koko kappaleen virittämiseen voidaan käyttää monia eri menetelmiä. Esitetyssä menetelmässä käytetään laajakaistareferenssiviritystä Gz-gradienttisignaa-lin lohkon 50 aikana. Tällä tavalla säteilyn 51 eri taajuus-5 komponentit virittävät kappaleen 10 eri z-tasoja. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös adiabaattista pikaläpäisysig-naalia ilman G -gradienttia koko kappaleen virittämiseen. Nämä signaalit voivat pyyhkäistyn taajuusalueen suuruudesta riippuen aikaansaada 90° tai 180° poikkeutuskulman. Signaa-10 lilohko 51 voidaan lähettää myös ilman gradienttia 50, jolloin säteilyn 51 yksi taajuuskomponentti virittäisi koko kappaleen.

Kun kappale on viritetty, se synnyttää FID:n (vapaan induktiovaimennuksen), joka näkyy kuvasignaalissa 13 sig-15 naalilohkona 55 ja näkyy myös jokaisessa referenssikelassa. Signaali 55 on kuitenkin vailla mielenkiintoa, koska se syntyy ei-selektiivisesti koko kappaleesta. Samoin signaa-liosa 58 vastaanottoreferenssikeloissa 22 ja 24 on vailla mielenkiintoa. Asian selittämiseksi keskitytään aluksi ai-20 noastaan signaaliin 27. Tämä signaali on peräisin kelasta 28, jonka halkaisija, kuten myös kelojen 18 ja 20 halkaisijat, vastaa tasolohkon, esim. 26, haluttua paksuutta. Yleisesti saadaan kohdassa z olevan tasolohkon resonanssitaa-juus kaavasta 25 ω = γ(Β + g z) o z missä U> on kulmataajuus ja y on protonien gyromagneettinen suhde. Tästä syystä kentän Gz vaikuttaessa jokaisella kappa-30 leen 10 tasolla on eri resonanssitaajuus. Mikäli kuitenkin valitaan ennalta määrätty taajuus tietylle z-tasolle, siirtymät pääkentässä Bq saavat aikaan sen, että kuvatuksi tulee väärä taso tai kadotetaan kokonaan kuvausalue.

Tämä vältetään, kuten kuviossa 3 on osoitettu, vas-35 taanottamalla signaalilohko 53 signaalista 27. Tämä signaali on peräisin, kuten kuviossa 1A on osoitettu, määrätystä 6 84109 tasolohkosta. Tämän vuoksi signaalilohkon 53 taajuutta voidaan käyttää virityssignaalin 52 virittämiseksi tiettyä tasoa varten. Samaan tapaan voidaan virityssignaalit määrittää muillekin tasoille käyttämällä taajuusestimaattoria 41. Ole-5 tetaan esimerkiksi, että signaalin 53 taajuus cäQ on peräisin tasolohkosta zq. Resonanssitaajuus ^ mille tahansa muulle tasolle z voidaan määrittää yksinkertaisesti kaavasta <j = ω + yg (z - z ) z o x o 10

Taajuusestimaattori 41 voi suorittaa hyvin monenlaisia toimintoja. Esimerkiksi jos meitä kiinnostaa itse taso zq, laite 41 voi olla suodatin tai lukittu oskillaattori, joka määrittää signaalin itse signaalista 53. Vaihtoehtoi-15 sesti ja yleisemmin laite 41 voi määrittää taajuuden 53 estimaatin mittaamalla akselin leikkausten välisen ajan. Koska tapahtumaan sisältyy monia jaksoja, tämä voidaan laskea keskiarvona useasta jaksosta. Toinen menetelmä on laskea yksinkertaisesti jaksot tietyllä aikavälillä. Kun on es- 20 timoitu, mielivaltaisen tason taajuus o lasketaan laittees- z sa 41 em. kaavasta. Estimaattori 41 synnyttää sitten kapeakaistaisen referenssisäteilyn 52, joka edustaa laskettua taajuutta Oz, ainoastaan halutun tasolohkon virittämiseksi. Tämä viritys on näin ollen riippumaton BQ:n siirtymästä.

25 Tämä viritys tapahtuu tietysti myös gradientin G läsnä oi- z lessa.

Halutussa tasolohkossa voi esiintyä vähäinen toisen kertaluokan virhe, kuten voidaan nähdä em. yhtälöstä, mikäli gradientissa Gz tapahtuu siirtymistä. Kenttä, joka aiheu-30 tuu G :stä on tietysti useita kertaluokkia pienempi kuin pääkentästä Bq aiheutuva, joten tällä on vain vähäinen vaikutus. Tämä voidaan kuitenkin kompensoida käyttämällä kahta vastaanottosignaalia 21 ja 23, jotka olennaisesti sivuavat kohteena olevaa kappaletta, vaikkakaan ei välttämättä. Tässä 35 tapauksessa saadaan kummastakin kelasta eri taajuus, jotka voidaan esittää muodossa il 84109 7

W1 = >(Βο + GzV

ja ω2 = γ(Βο ♦ gzz2) 5 missä z.j ja ovat kelojen 18 ja 20 viereiset tasolohkot.

Taajuusestimaattori 41 estimoi arvot ja kuten edellä selostettiin, kummastakin kelasta saadun signaalin 21 ja 23 perusteella, jotka on yksinkertaisuuden vuoksi molemmat esi-10 tetty signaalilohkona 53. Kun ja on estimoitu, minkä tahansa tason taajuus «z saadaan interpoloimalla tai ekstrapoloimalla kaavasta 2 — z "z ' “1 ♦ T7=i: (ö2 - 15 2 1

Tulee huomata, että tämä tason z virittämiseen käytettävän virityssignaalin 52 vaadittu taajuus ωζ on riippumaton kaikista kentistä B ja G kahden referenssisignaalin

o z J

21 ja 23 ansiosta.

20 Nämä menetelmät edustavat perusjärjestelmää halutun alueen virittämiseksi kaksoisvirityksellä. Yleensä käytetään laajakaistaviritystä, joka vastaanotetaan referenssikeloilla ja määritetään, mikä taajuus vastaa mitäkin aluetta. Tätä seuraa välittömästi toinen kapeakaistavirityssignaali, joka 25 määrittää mielenkiinnon kohteena olevan lohkon. Näin ollen kompensointijärjestelmässä käytetään kaksoisvirityskuvaus-järjestelmää. Kuviossa 3 esitetyssä kuvausjärjestelmässä kak-soisviritykseen kuuluu 90° säteilytys (jättäen huomioon ottamatta kuvasignaalista syntyvän FID:n), jota seuraa 180° 30 käänteisviritys ja tämä yhdistelmä synnyttää spin-kaiun, signaalilohkon 56, joka on kuvanmuodostussignaali.

Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää toista kaksoisviri-tyskuvausta. Näihin sisältyy käänteispalautus, missä signaali 51 voi edustaa laajakaistaista 180° käänteissignaalia ja 35 52 kapeakaistaista 90° signaalia, joka synnyttää FlD:n 56.

Järjestelmän muu osa on samanlainen kuin kuvioissa 1-4 on s 84109 esitetty. Eräs käänteispalautusviritykseen liittyvä ongelma on se, että viritysten välillä voi kulua suhteellisen pitkä aika, luokkaa 0,5 sekuntia, minkä kuluessa voi tapahtua kentän siirtymistä. Tämän ongelman välttämiseksi synnytetään 5 toinen spin-kaiku. Tämä tarkoittaa sitä, että käytetään tavallisia 180° ja 90° säteilytyksiä, joita erottaa sopivan pituinen relaksaatioaika. 90° säteilytys sen sijaan, että se synnyttää kuvasignaalin, on laajakaistasäteilytyssignaa-li 51. FID jätetään jälleen huomioon ottamatta ja synnyte-10 tään spin-kaiku siten, että 180° käännös tapahtuu melkein välittömästi signaalin 51 jälkeen, jolloin saadaan aikaan spin-kaiku 56. Tämän vuoksi voidaan käyttää erilaisia moni-viritysjärjestelmiä, jotka päättyvät signaaleihin 51 ja 52, jotka saavat aikaan alueen tarkan valinnan.

15 Kun kuvasignaali 56 vastaanotetaan, sen taajuus mää ritetään myös magneettikenttien ominaisuuksien perusteella. Tästä syystä tulee synnyttää referenssisignaaleja, jotka demoduloivat tarkasti signaalin 56. Kuvauksen aikaansaamiseksi kuvasignaalia 56 tulee levittää siten, että sen taa-20 juusspektri edustaa viivaintegraalien joukkoa, jotka ulkonevat y-suuntaan kukin eri x-asemassa. Tämä tapahtuu käyttämällä G -signaalilohkoa 57 x-gradienttina sinä aikana, joi-loin kuvasignaali 56 vastaanotetaan. Kukin viivaintegraali pitkin viritettyä tasolohkoa saa sitten aikaan taajuuden 25 jota esittää kaava

“x * Ύ(Βο * V

Kuvausoperaatioon kuuluu sitten signaalin 56 jakami-30 nen komponenttitaajuuksiksi siten, että kunkin komponentin amplitudi edustaa haluttua viivaintegraalia. Tässäkin vaihtelut BQ:n ja Gx:n arvoissa ennen kuvasignaalia 56 ja sen aikana voivat suuresti vääristää tulosta.

Kuten edellä on mainittu, tämä ongelma on ratkaistu 35 ainutlaatuisella tavalla GB-patentissa 2 076 542, G.N. Hounsfield, EMI. Kuten kuviossa 4 on esitetty, tieto

II

9 84109 vastaanotetuista signaaleista 13 määritetään referenssisig-naaleista 22 ja 24. Kuten kuviosta 1A voidaan nähdä, vesi-putkiin 16 ja 17 on kytketty pitkät kelat, jotka voivat vastaanottaa referenssisignaaleja riippumatta siitä, mitä taso-5 lohkoa viritetään. Gradientin G ansiosta kelat 25 ja 19 vas-taanottavat kahta eri taajuutta edustavia signaaleja, kuten edellisessä yhtälössä on osoitettu, perustuen näiden x-ase-maan. Kaikki signaalit, jotka otetaan vastaan sinä aikana, kun kuvasignaalia 56 vastaanotetaan, on yksinkertaisuuden 10 vuoksi esitetty referenssisignaalina 59, joka edustaa sekä alempaa taajuussignaalia 24 että korkeampaa taajuussignaalia 22, ω1 ja U,. Nämä muuttuvat riippuen kentistä Bq ja ΰχ, kuten myös kuvasignaalin 13 kuvataajuuksien spektri.

Kuten kuviossa 4 on esitetty, nämä yhdistetään mik-15 serissä 60 kulmataajuutta edustavan signaalin muodos tamiseksi, jota käytetään synnyttämään näytteitysgeneraatto-rissa 62 näytesignaali, joka on taajuuden f2—f^ sopiva kerrannainen, ainakin kaksinkertainen. Mikserin 61 avulla kukin kuvataajuus O muutetaan signaaliksi ja tällöin tu- 20 lee käydyksi läpi kulmataajuusalue tai hieman tätä pienempi alue. Taajuusmuunnettu kuvasignaali 67 vastaanotetaan näytteenkerääjään 63, jossa on joka hetki oikea näyt-teitystaajuus spektrin jakamiseksi säännölliseksi ryhmäksi x-suunnassa. Muutokset gradienttisignaalissa 57 tai BQ:ssa 25 kompensoidaan muuttamalla näytteitysnopeutta. Nämä näytteet syötetään digitaaliseen Fourier-muuntimeen 64, johon ulostulot varastoidaan. Kun koko projektiosignaalien ryhmä on täydellisesti vastaanotettu, prosessori 65 muodostaa jollakin lukuisista tunnetuista menetelmistä rekonstruoidun kuvan 30 näyttöön 66.

Hounsfieldin patentissa tätä menetelmää käytettiin järjestelmissä, jotka vaativat joukon eri kulmista otettuja projektioita. Tämän vuoksi molemmat rakenteet 16 ja 17 pyörähtivät jokaisen projektiomittaussarjän jälkeen tai sitten 35 kohteen 10 ympärille on sijoitettu ryhmä tällaisia rakenteita. Molemmat näistä ovat äärimmäisen monimutkaisia ja ίο 8 4109 toimivuudeltaan kyseenalaisia. Hounsfieldin patentissa ehdotetaan myös tällaisten rakenteiden muodostamaa paria, jossa osat sijaitsevat 90° kulmassa toisiinsa nähden, jossa vaaditun näytteitystaajuuden synnyttäminen edellyttää suh-5 teellisen monimutkaista prosessointia. Yleisesti ottaen tämän kompensointijärjestelmän soveltuvuus monen projektiokul-man järjestelmiin on kyseenalainen.

Tätä menetelmää voidaan ainutlaatuisena muunnelmana soveltaa yhden kulman projektiojärjestelmiin ainutlaatuisen 10 ja odottamattoman tuloksen aikaansaamiseksi. Yhden kulman projektiojärjestelmiä on esiintynyt kirjallisuudessa kauan ja niitä sisältyy em. Paul A. Bottomleyn julkaisuun. Eräs erittäin yksinkertainen yhden kulman projektiojärjestelmä, spin-poikkeutusjärjestelmä, on esitetty kuviossa 3. Tässä 15 jokainen projektio on tarkalleen esitetyn kaltainen samanlaisella virityksellä ja gradienttisignaaleilla lukuun ottamatta Gy-gradienttia, joka synnytetään ajanhetkellä T^ juuri ennen kuvasignaalin 59 vastaanottamista. Jokainen y-suunnas-sa oleva ydin reagoi värähtelemällä eri taajuudella, joka 20 saadaan kaavasta ^ = V(B0 * Gyy)

Ajan Τ^ lopussa tämä gradientti kytketään pois, jolloin jo-25 kainen ydin on saanut vaihesiirron V = O T . Kun jätetään

y y y J

tämän vaihesiirron kiinteä osa huomioon ottamatta, 2ft rad vaihesiirto, joka vastaa aallonpituutta, tapahtuu y-matkal- la, joka saadaan kaavasta 2ft/TT G . Tämä aiheuttaa y-suun- Y Y _ nassa avaruustaajuusmuutoksen, jonka suuruus on ΥΊ^^/2Ι^.

30 Täten jokainen taajuuksiin jaettu projektio, kuten edellä kuvattiin, x-suunnassa vastaa eri avaruustaajuutta y-suun-nassa, kun käytetään eri G^-arvoja, kuten kuviossa 3 on esitetty. n x n poikkileikkauskuvaa varten vaaditaan suunnilleen n kappaletta erisuuria G^ arvoja. Nämä prosessoidaan 35 laitteessa 65 lopullisen signaalin 65 synnyttämiseksi.

n 11 84109

Kun käytetään tätä kuvaustekniikkaa, referenssignaa-lit voidaan määrittää, kuten kuvioissa 1 ja 1A on esitetty, kahdella kiinteällä rakenteella, koska päin vastoin kuin Hounsfieldin patentissa kuvasignaalit määritetään aina sa-5 mansuuntaisella projektiokulmalla. Mikäli kuitenkin käytetään Hounsfieldin patentissa kuvattua ja tämän patentin kuviossa 2 esitettyjä keloja, selostettu järjestelmä ei toimi. Esitetyn vastaanottokelan pituus y-suunnassa on suhteellisen suuri. Tästä syystä G^-signaaleja käytettäessä jaksoittaiset 10 vaihesiirrot vastaanottokelassa palautuvat ja tällöin häviää suuri osa referenssisignaalista tai koko signaali. Tämän seurauksena, kuten kuvioissa 1 ja 1Λ ja yksityiskohtaisemmin kuviossa 5 on esitetty, vastaanottokelojen 19 ja 25 rakenteiden ulottuvuutta y-suunnassa, etäisyys D kuvioissa 1 ja 5, 15 tulee rajoittaa. Kokonaisvaihesiirto tämän rakenteen ylitse käytettäessä G^:n maksimiarvoa, joka vastaa korkeinta ava-ruustaajuutta y-suunnassa, ei saisi ylittää arvoa ft rad. Tämä edustaa kuvan leveyttä y-suunnassa vastaten puolta aaltoa korkeimmalla avaruustaajuudella.

20 Kuvio 5 esittää kenttää y-suunnassa osoittaen magneet tikentän muutosta ΔΒ y:n funktiona gradienttiamplitudin eri arvoilla. Edellytetään, että arvolla G mitta D valitaan ymax siten, että vaihesiirto matkalla D ei ylitä arvoa Tf rad. Tämän vuoksi D = 1T/YT G . Tätä suuremmat D arvot aiheutta- y ymax 25 vat pienemmän referenssisignaalin arvolla Gymax ja se voi kokonaan hävitä vaihesiirron ollessa 2lfrad.

Tulee kuitenkin tähdentää, että tämä rajoitus koskee vastaanottavia referenssikeloja 19 ja 25. Kuvioissa 1 ja 1A on yksinkertaisuuden vuoksi esitetty kaikki kelat kiedotuik-30 si saman vesisäiliön 16 ja 17 päälle. Lähetinreferenssikelat 18, 20 ja 28 voidaan kuitenkin tehdä suuremmiksi, mikäli halutaan ja varustaa vastaavasti suuremmilla vesisydämillä. Koska viritysjaksojen aikana ei esiinny x- tai y-gradientte-ja, näitä keloja ja sydämiä voidaan pidentää x- ja y-suun-35 nassa, kunhan ne vain rajoittuvat kapeaan z-tasoon.

12 841 09

Kuvattu spin-poikkeutusjärjestelmä on poikkileikkaus-kuvausjärjestelmä, jossa on vain yksidimensioisia projektioita. Toinen kuvausjärjestelmä, jossa on vain yksidimensioisia projektioita, on projektiokuvaus, jota on selostettu saman 5 keksijän vireillä olevissa US-hakemuksissa 332 925 ja 332 926. Tässä saadaan joukko x-suuntaisia projektioviivoja, kuten kuviossa 3 on esitetty, ilman G^-gradienttia. Kuvasignaalin 56 jälkeen prosessi toistetaan käyttäen virityssignaalilla 52 eri taajuutta seuraavan tason valitsemiseksi. Näin ollen 10 jokainen kappaleen taso jaetaan vuorotellen joukoksi y-suun-taisia projektioviivoja, joista saadaan kappaleen 10 projek-tiokuva. Samaa edellä kuvattua signaalin viritykseen ja vastaanottoon tarkoitettua referenssijärjestelmää käytetään jokaiselle projektiotasolle. Koska G^-gradienttia ei kuiten-15 kaan esiinny, kelojen 19 ja 25 y-suuntaista D-mittaa koskevat rajoitukset jäävät pois. Keloja 19 ja 25 voidaan pidentää y-suuntaan vesisydänten 16 ja 17 ohella.

Tulee korostaa, että järjestelmä toimii, vaikkakaan ei optimaalisesti, mikäli spin-poikkeutusjärjestelmässä ke-20 lojen 19 ja 25 sydänten pituutta y-suunnassa suurennetaan em. D-arvoja suuremmaksi. Pienemmillä G^-arvoilla, kuten kuviossa 5 on esitetty, projektioissa, joissa vaihesiirto kelojen ylitse on pieni, y-dimension suurentaminen parantaa vastaanottotehokkuutta ja täten referenssisignaalin SNR-ar-25 voa. Kuitenkin suuremmilla G^ tai ΔΒ arvoilla, jotka vastaavat korkeampia avaruustaajuuksia, vaihesiirrot johtavat signaalin häviämiseen, kuten edellä selostettiin. Jos y-suun-tainen mitta kuitenkin valitaan huolellisesti siten, että se ei missään gradienttiolosuhteissa vastaa allonpituuden 30 tai 2Ti:n kokonaislukukerrannaista, täydellistä häviämistä ei tule tapahtumaan. Sopivimmin se on suuremmilla gradient-tiarvoilla /lrad:n pariton monikerta, mikä saa aikaan voimakkaan signaalin. Signaalia voidaan tietysti vahvistaa käyttämällä useampia johdinkierroksia, mikä on aivan helppoa 35 näillä pienillä referenssikeloilla.

li n 84109

Vaihtoehtoisesti voitaisiin sijoittaa kaksi tai useampia keloja y-suuntaan siten, että kapeat kelat synnyttävät signaaleja suuremmilla G^-arvoilla ja leveämmät alhaisemmilla avaruustaajuuksilla, jotka vastaavat pienempiä G^-arvoja.

5 Kelojen 19 ja 25 rajat x-suunnassa, kuten kuviossa 1 on esitetty, vastaavat myös yhtä kuvaelementtiä. Tämä koskee sekä poikkileikkaus- että projektiokuvausta. Kun x-gra-dientti G vaikuttaa, näiden kelojen tulee synnyttää refe-renssisignaaleja, jotka vastaavat yhtä erotustaajuutta ja 10 niiden tulee siis olla x-suunnassa suunnilleen kuvaelementin levyisiä.

Tätä järjestelmää voidaan soveltaa moniin NMR-kuvaus-järjestelmiin mukaan lukien volymetrinen ja moniviipaleku-vaus. Moniviipalejärjestelmässä viritetään peräkkäin joukko 15 tasolohkoja ja niiden synnyttämät signaalit vastaanotetaan perätysten siten, että niitä seuraavat sopivat relaksaatio-ajat. Tässä käytetään viritystaajuuden säätöjärjestelmää määrittämään tarkasti oikeat taajuudet viipalesarjalle. Käytettäessä spin-poikkeutuskuvausjärjestelmää kootaan projek-20 tiosignaaleja yhdestä suunnasta ja vahvistetaan signaalit ja vastaanotetut signaalit hajotetaan ja referenssisignaa-lit synnytetään automaattisesti oikean poikkileikkaustiedon aikaansaamiseksi.

Edellä on kuvattu joukko erikoissovellutuksia, joissa 25 vastaanottokeloja käytetään estimoimaan virityksestä aiheutuva taajuus ja tätä taajuutta tai näitä taajuuksia käytetään sitten määritettäessä seuraavien viritysten taajuus. Tätä yleisperiaatetta voidaan soveltaa mihin tahansa NMR-prose-duuriin ja myöskin niihin, jotka eivät liity tiettyihin ta-30 soihin. Esim. edellä mainitussa P. Mansfieldin et ai. kirjoituksessa kuvatussa SSFP- (steady state free procession-) viritysjärjestelmässä voidaan myös käyttää alkuviritystä tämän SSFP-viritysjärjestelmän taajuuden määrittämiseen.

Edellä kuvattu järjestelmä edustaa ainutlaatuista ja 35 ennalta arvaamatonta menetelmää, jolla saadaan syntymään qeometrisesti oikea, häiriötön NMR-kuva sekä poikkileikkauk- 14 841 09 sena että projektiona suhteellisen epävakaiden magneettikenttien läsnä ollessa. Nämä kentät voivat olla peräisin resistiivisistä magneeteista, jotka ovat vähemmän vakaita ja halvempia kuin suprajohtavat magneetit. Erityisesti nä-5 mä kentät voivat olla peräisin sykkivistä resistiivisistä magneeteista, jotka ovat alttiimpia epästabiilisuudelle, mutta voivat myös kehittää hyvin voimakkaita kenttiä suhteellisen pienellä hajonnalla. Nämä kantät voivat olla myös peräisin kestomagneettijärjestelmistä, joita vaivaavat läm-10 pötilanvaihteluista aiheutuvat suuret vaihtelut. Käytettäessä kuvattua järjestelmää ei tarvita kallista lämpötilan stabilointia .

Il

Claims (10)

1. Menetelmä kohteen ydinmagneettista resonanssi-(NMR-) kuvausta varten, kun esiintyy ajallisesti epävakai- 5 ta magneettikenttiä, tunnettu siitä, että viritetään koko kohde käyttäen laajakaistaviritys-signaalia (Vj ), vastaanotetaan tästä ensimmäisestä virityksestä syntyvä referenssisignaali (53) käyttäen vastaanottokelaa, 10 joka on kohteen ulkopuolella ja rajoittuu kohteen leikkaa-vaan tasolohkoon, prosessoidaan referenssisignaalia siten, että saadaan määritettyä kohteen tietylle tasolohkolle vaadittava taajuus, 15 viritetään tämä tietty tasolohko toisella viritys- signaalilla (52), jonka taajuus on määritetty referenssi-signaalin prosessoinnin perusteella, vastaanotetaan toisesta virityksestä syntyvä kuvasignaali (13), ja 20 käytetään kuvasignaalia kohteen NMR-kuvan muodosta miseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotetaan lisäreferenssisignaaleja (21, 23, 25 27) lisävastaanottokeloilta ja prosessoidaan näitä lisä referenssisignaaleja, jolloin tiettyä tasolohkoa varten vaadittava taajuus voidaan määrittää gradienttikentistä riippumatta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-30 n e t t u siitä, että vastaanotetaan lisäreferenssisignaaleja (21, 23, 27) kohteen ulkopuolisilta vastaanotto-keloilta sinä aikana, kun kuvasignaalia vastaanotetaan, ja käytetään näitä lisäreferenssisignaaleja kuvasignaalin prosessointiin ajallisesti epävakaista magneettikentistä 35 riippumattomalla tavalla. i6 841 09

4. Laite kohteen NMR-kuvausta varten, kun esiintyy ajallisesti epävakaita magneettikenttiä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (14, 15) koko kohteen virittämiseksi käyt-5 täen laajakaistavirityssignaalia, vastaanottokelan (28), jonka sydän sijaitsee kohteen ulkopuolella ja joka vastaanottaa signaaleja kohteen leikkaavasta tasolohkosta, välineet (kuviot 2 ja 4) referenssisignaalin vas-10 taanottamiseksi vastaanottokelalta (28) ja sen prosessoi-miseksi toisen virityssignaalin lähettämistä varten tietylle tasolohkolle, jonka virityssignaalin taajuus perustuu referenssisignaalin taajuuteen, välineet toisesta virityksestä syntyvien kuvasig-15 naalien (11, 12) vastaanottamiseksi ja välineet (kuvio 4) kuvasignaalien käyttämiseksi kohteen NMR-kuvan muodostamiseen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu yksi tai useampi 20 lisävastaanottokela (18, 20, 28) ja välineet (41) näiltä keloilta saatavien lisäreferenssisignaalien prosessointia varten, jotta saadaan toisen virityssignaalin vaaditulle taajuudelle estimaatti, joka on riippumaton gradientti-kentistä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tun nettu siitä, että vastaanottokelat (18, 20, 22) sijaitsevat kohteen sisällä olevien kahden tasolohkon vieressä ja välineet (41) referenssisignaalin prosessointia varten sisältävät välineet interpoloimiseksi niiden refe-30 renssitaajuuksien välillä, jotka on johdettu mainittujen kahden lohkon lähellä sijaitsevilta keloilta, jotta voidaan määrittää tiettyä tasolohkoa varten vaadittava taajuus.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, t u n -35 n e t t u siitä, että siihen kuuluu kohteen ulkopuoliset i7 84109 vastaanottokelat (18, 20, 28) kuvaan liittyvien referens-sisignaalien vastaanottamiseksi sinä aikana, kun vastaanotetaan kuvasignaaleja, ja välineet kuvasignaalien prosessointia varten käyttäen kuvaan liittyviä referenssisignaa-5 leja tavalla, joka on riippumaton ajallisesti epävakaista magneettikentistä.

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että vastaanottokelan (28) akseli sijaitsee tasolohkon (26) tasossa ja sydänosan pituus taso- 10 lohkoa vastaan kohtisuorassa suunnassa on olennaisesti yhtä suuri kuin tasolohkon leveys.

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että välineet (11, 12) kohteen virittämiseksi käyttäen laajakaistaista virityssignaalia sisältä- 15 vät välineet kohteen virittämiseksi signaalilla, jolla on laaja radiotaajuusspektri ja lisäksi esiintyy magneetti-gradientti, joka on kohtisuorassa tasolohkoa vastaan.

10. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että välineet (11, 12) kohteen virittä- 20 miseksi käyttäen laajakaistavirityssignaalia sisältävät välineet kohteen virittämiseksi käyttäen taajuuspyyhkäis-tyä adiabaattista pikaläpäisysignaalia. 18 841 09