NL192222C - Werkwijze en inrichting voor nucleaire magnetische resonantie. - Google Patents

Description

1 192222

Werkwijze en inrichting voor nucleaire magnetische resonantie

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vormen van twee- of driedimensionale beelden van de kemspindichtheidsverdeling van gekozen kernen in materialen die kemspin vertonen, door het meten van 5 signalen die uit nucleaire magnetische resonanties worden verkregen, waarbij een voorwerp wordt onderworpen aan een homogeen magnetisch veld dat langs een as (de X-as) is gericht, een radiofrequente excitatie-impuls met de frequentie van Larmor wordt toegevoerd om gekozen kernen in het voorwerp te exciteren, en een aantal onderling orthogonaal schakelbare magnetische gradiëntvelden beschikbaar zijn voor superpositie op het homogene magnetische veld, waarbij het daaropvolgende vrije inductiesigrvaal uit 10 deze kernen wordt uitgelezen, terwijl ten minste één van de magnetische velden wordt gesuperponeerd op het homogene magnetische veld en het uitgelezen signaal aan een Fourier transformatie wordt onderworpen om een frequentiespectrum te verkrijgen, dat overeenkomt met de projectie van de spindichtheid langs een lijn in de richting van de gradiënt.

Volgens een afbeeldingsstelsel kan een spindichtheidafbeelding van een monster worden opgewekt uit 15 een aantal lijnelementen die volgens een roostervormig patroon op onderlinge afstand zijn aangebracht en in een vlak of een stel vlakken van het monster liggen door de selectieve excitatie van gebieden daarin bij aanwezigheid van een statisch magnetisch veld en sequentieel geschakelde magnetische veldgradiënten loodrecht op elkaar. De selectieve excitatie wordt gevolgd door het uitlezen van het resulterende vervat-signaal van vrije inductie bij aanwezigheid van een combinatie van magnetische veldgradiënten die 20 tegelijkertijd zodanig worden aangelegd, dat elk punt in de gekozen lijnelementen wordt onderworpen aan een resulterend magnetisch veld van een amplitude die uniek is voor dat punt.

Hierdoor wordt tegelijkertijd een afbeelding gevormd uit alle lijnelementen. Een werkwijze van de aan het begin genoemde soort is bekend uit het Duitse ’’Offenlegungsschrift” 2.540.436.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel om een andere werkwijze te verschaffen voor het verkrijgen van 25 NMR-beeldinformatie.

De weikwijze volgens de onderhavige uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat het gesuperponeerde gradiëntveld (Gy) op oscillerende wijze periodiek wordt omgekeerd, zodat het vrije inductiesignaal uit de kernen cyclisch afneemt en toeneemt als gevolg van de gradiëntomkering en dat een stationair gradiëntveld (Gz) met een richting loodrecht op de gesuperponeerde gradiënt (Gy) tegelijkertijd wordt gehandhaafd, zodat 30 het uitgelezen signaal de spindichtheidsverdeling van gekozen kernen in het voorwerp in meer dan één dimensie voorstelt.

Volgens de uitvinding wordt een ruimtelijke selectiviteit in een vooraf gekozen vlak of stel vlakken in een monster, of anders in het gehele volume van het monster verkregen door het monster te onderwerpen aan een combinatie van een aantal magnetische veldgradiënten die loodrecht op elkaar staan, waarbij ten 35 minste één van de gradiënten periodiek wordt omgekeerd volgens een zodanige trilling, dat het vrije inductiesignaal uit de kernen vervalt en cyclisch weer groeit als gevolg van de gradiëntomkering. Daarbij wordt op voordelige wijze uit een enkel vervalsignaal twee- of driedimensionale spindicht-informatie verkregen.

Opgemerkt wordt dat uit het Duitse ’’Offenlegungsschrift” 2.447.496 het toepassen van een wisselend 40 veld op zich bekend is. Bij de bekende werkwijze is echter geen sprake van de ’’schijfselectie”-methode maar van de ”puntselectie”-methode.

Indien een afbeelding van een enkelvoudig vlak of stel vlakken gewenst is, kan zulk een vlak of vlakken vooraf worden gekozen met de voorgaande beschreven werkwijze, in welk geval één van de gradiënten periodiek wordt omgekeerd en informatie slechts wordt verkregen uit het gekozen vlak of vlakken.

45 Volgens een uitvoeringsvorm behoeft de beginselectie van vlakken niet te worden uitgevoerd, in wefk geval het gehele volume wordt onderworpen aan een beginpuls van 90° die alle spins afbuigt en twee van de gradiënten periodiek en synchroon worden omgekeerd, waarbij een omkeringsfrequentie een veelvoud is van de andere en waarbij de derde gradiënt statisch wordt aangelegd. Het uitgangssignaal levert informatie over het gehele volume van het monster.

50 Hoewel de gradiëntomkeringen door snel schakelen kunnen worden verkregen, is dit niet essentieel, terwijl sinusvormig variërende gradiënten kunnen worden toegepast.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

55 De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin toont: figuur 1 de voorselectie van een enkele laag in een verlengd monster; figuur 2 een schakelvolgorde voor het verkrijgen van informatie uit de gekozen laag; 192222 2 figuur 3 de verwachte Fourier transformaties van resultaten voor de gekozen laag volgens figuur 1 onder diverse mogelijke voorwaarden, zoals (a) bij Gz = O en voor een enkele FID; (b) met Gz = O en voor een volgorde van echo’s; en (c) de transformaties voor het volledige experiment; figuur 4 een schematisch diagram van het volledig experiment van figuur 2 gevolgd door een aanvul-5 lende opslagbewerking, waarbij het resulterende signaal tevens is getoond; figuur 5 de schakelvolgorde voor het verkrijgen van informatie uit een volume; figuur 6 de verwachte Fourier transformaties van resultaten bij een cilindervormig volume onder diverse mogelijke voorwaarden, zoals (a) bij Gy = Gz = O, (b) bij aangelegde gradiënten Gx en Gy, en Gz = O; en (c) de transformatie bij het volledige experiment; 10 figuur 7 een blokschema van een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; figuur 8 de zend- en ontvangspoelen; figuur 9 drie op onderlinge afstand gelegen ontvangspoelen; figuur 10 in perspectief een inrichting voor de selectieve ontvangst uit een dun plat stuk; figuur 11 een dwarsdoorsnede van een inrichting van spoelen voor de magnetische hoofd- en gradiënt-15 velden voor het onderzoeken van een levensgroot object; figuur 12 een detail van spoelen voor het leveren van de magnetische veldgradiënt Gy; figuur 13 een aanzicht in perspectief voorstelt van een inrichting van spoelen voor het leveren van de drie orthogonale gradiënten; figuur 14 en 15 in perspectief een andere uitvoeringsvorm van een spoeleninrichting voor de veld-20 gradiënten weergeven, onder toepassing van lijnstromen; figuur 16 een uitvoeringsvorm toont die afwijkt van die van figuur 14; figuur 17 de goifvormen illustreert die behoren bij een sinusvormige veldvariatie; en figuur 18 en 19 in perspectief een inrichting van spoelen toont voor het leveren van het zendveld.

25 Voor het afbeelden in een enkel vlak wordt verwezen naar figuur 1.

Het verlengde monster wordt in een groot statisch en uniform magnetisch veld B0 geplaatst, dat de resonantiehoekfrequentie co van de spins definieert door de betrekking ω = γΒ0, waarbij γ de gyromagneti-sche verhouding is. Een lineaire magnetische veldgradiënt Gx wordt eveneens aangelegd, waarbij Gx = dBx/9x, en tegelijkertijd wekt een aangepaste radiofrequente puis van 90° alle spins op binnen enkele laag 30 met een dikte Δχ bij x0, waarbij een vervalsignaal van vrije inductie (FID) wordt geleverd. Deze eerste stap wordt fase A genoemd. Onmiddellijk volgend op de excitatiepuls wordt de gradiënt Gx uitgeschakeld en de FID wordt waargenomen in een geschakelde gradiënt Gy en een statische gradiënt Gz, beiden zoals geschetst in figuur 2, waarbij Gy = 3Bx/3y en Gz = 3Bx/9z. Deze tweede stap wordt fase B genoemd.

Volgend op de selectieve excitatiepuls in fase A zal door het slechts in fase B gedurende tijd -¾ 35 aanleggen van Gy de FID kleiner worden. Indien dit enkelvoudige vervalsignaal zou worden bemonsterd (Gz = O) en volgens Fourier worden getransformeerd, zou dit uiteraard het projectieprofiel van de spin-magnetisatie in het x0-vlak langs de z-as opleveren. Door het omkeren van de gradiëntrichting groeit de verkleinde FID tot een spin-echo in de tijd -¾. die daarna weer kleiner wordt in een volgende tijd xb. Verdere gradiënt-omkeringen kunnen aldus het signaal n maal oproepen, indien 2n τ b < T2, waarbij T2 de spin-spin-40 relaxatietijd van het beschouwde monster is. De positieve helft van het resulterende verval en het opnieuw groter worden van het nucleaire signaal in fase B is getoond in figuur 2. Het effect van het weer oproepen van het signaal brengt een discontinuïteit in het volgens Fourier getransformeerde projectieprofiel. De groei-informatie zou weer moeten worden geordend in de Fourier transformatie. In elk geval wat oorspronkelijk een continue Fourier transformatie was, is thans een niet-continue profiel met een frequentie-afstand 45 gegeven door — = Δων. De verwachte volgens Fourier getransformeerde signalen voor het continue pro-

Tb fiel uit een enkelvoudig FID en het discontinue profiel uit de echovolgorde zijn in figuur 3 (a) en (b) getoond. De eindige bemonsteringstijd tb zal de discrete lijnen enigszins verbreden waardoor een breedte van ongeveer 2ω-\ wordt verkregen.

50 Bij het volledige experiment waarvan de resultaten na transformatie in figuur 3 (c) zijn getoond voor een cilindervormig monster van uniform verdeelde spins, wordt de bemonstering uitgevoerd met de extra gradiënt Gz die qua amplitude zodanig is ingesteld, dat aan de betrekking Δωγ>ΝΔωζ (1) is voldaan, waarbij Δωζ de hoekfrequentie per punt van het uiteindelijke frequentiegebied is en N het maximale aantal punten dat nodig is om het objectveld langs de z-as te beschrijven.

55 Onder deze omstandigheid levert de Fourier transformatie van het FID-signaal een stel ontbonden doorsneden van de spinverdeling over de schijf van magnetisatie.

Deze kan daarna op geschikte wijze worden omgezet in een rechthoekig gebied van informatiepunten 3 192222 binnen een weergeefgeheugen en daarna worden toegevoerd aan een weergeefinrichting met een televisieraster. De signaalhoogten worden gebruikt om de vlekintensiteit op een zwart-wit-weergeefinrichting te moduleren, of naar keuze kan de informatie volgens kleur worden gecodeerd om een kleurentelevisie-beeld te verkrijgen.

5 Zoals in figuur 2 is getoond zijn de gebeurtenissen in het afbeeldingsproces getekend als een cyclus met een tijdsvertraging Td. Bij dit experiment kan de aanvankelijk verstoorde magnetisatie die op de selectieve puls P volgt, zijn evenwichtswaarde weer herkrijgen of een tussengelegen waarde alvorens de volgorde weer wordt toegepast. Deze uitvoeringsvorm van het experiment is bruikbaar voor experimenten voor het bepalen van de rooster-relaxatietijd van de spin. Voor een snellere informatie-accumulatie wordt de 10 vertragingstijd Td verwijderd. Indien thans twee cycli rug aan rug tegen elkaar worden geplaatst, zal de tweede het complement van de eerste zijn en elk signaal-amplitudeverlies in de tijd tb kan worden hersteld tot bijna de volledige signaal magnetisatie en kan langs de x-as worden opgeslagen door het toevoeren van een P‘1-puls en een gradiëntomkering van Gx naar G.x. In dit proces wordt Gz gewijzigd in G.z wordt voortdurend geschakeld zoals in de eerste cyclus. Indien de signaal-magnetisatie eenmaal is opgeslagen en 15 een geschikte tijd voor de opgeslagen toestand Ts is verlopen, kan het proces worden herhaald. Deze versie van de gecombineerde cycli is getoond in figuur 4. Het symbool O stelt de bewerkingen van de selectie en het schakelen van de gradiënt voor. Het symbool 0+ is de bovengenoemde complementaire bewerking om de volledige beginmagnetisatie in dwarsrichting te herstellen en om deze weer langs de x-as op te slaan.

20 Ongetwijfeld zal er een signaalveriies enigszins optreden als gevolg van de rooster-relaxatie van de spin en mogelijke gebreken bij de bewerkingen O en 0+. Een opslag-vertragingstijd Ts wordt dus ook toegepast om de evenwichtsmagnetisatie te optimaliseren. Eveneens zal de volledige signaalhoogte waarschijnlijk kleiner zijn dan de statische evenwichtswaarde en zal na enkele detgelijke cycli zich weer instellen op een nieuwe dynamische evenwichtswaarde.

25 Het voordeel van deze bijzondere vorm van de cyclus is de constantheid van afbeeldingen bij spinrooster-relaxatie-processen. Een andere variant van de afbeeldingscyclus getoond in figuur 2, is gebaseerd op de op zich bekende werkwijze met stationaire toestand en vrije opeenvolging (SSFP). In dit geval is Td = O en in elk paar van aangrenzende cycli worden selectieve en complementair selectieve rf-pulsen toegepast met in het algemeen verdraaiingshoeken kleiner dan 90°. Na enkele dergelijke cycli 30 wordt een quasi evenwichtstoestand bereikt, maar de maximale signaalhoogte is veel kleiner dan de statische evenwichtswaarde.

Het bovenbeschreven experiment kan op eenvoudige wijze worden uitgebreid tot een stel vlakken door toepassing van een selectieve bestralingspuls voor P met verscheidene pieken. De gradiënt Gx blijft aangeschakeld, zodat de signalen afkomstig van de diverse vlakken in het frequentiegebied kunnen worden 35 ontbonden.

Zulk een beginselectiepuls is echter niet essentieel. Daarentegen kan de ruimtelijke discriminatie geheel worden uitgevoerd met geschikte gemoduleerde magnetische veldgradiënten. Dit wordt het driedimensionaal afbeelden genoemd.

Bij het driedimensionaal afbeelden wordt een korte rf-puls van 90° die niet selectief is, aan alle spins in 40 het monster toegevoerd, waarbij alle drie orthogonale gradiënten Gx, Gy en Gz aangeschakeld en gemoduleerd zijn zoals in figuur 5.

Zonder Gy en Gz is de FID een reeks van echo’s, die indien op geschikte wijze volgens Fourier getransformeerd, een reeks van op gelijke afstanden gelegen signaalpieken afkomstig van de spins in de vlakken x = Xq + al geven, waarbij a de roosterafstand is en 1 een geheel getal. Het frequentie-interval 45 tussen de pieken Δωχ = 7aGx = — is getoond bij (a) van figuur 6. Indien thans Gy wordt aangeschakeld

Ta en gemoduleerd, wordt elke spectraal lijn gesplitst in een discreet spectrum dat in het onderhavige voorbeeld overeenkomt met het discrete projectieprofiel van een cilinder. Elke lijn van een enkel profiel dat in figuur 6b is getoond is afkomstig van spins langs de strippen (lijnen) y = y0 + bm, die een recht-50 hoekvormig rooster in elk vlak vormen. Het rooster bevat M strippen met een afstand van b. Het frequentie- interval tussen aangrenzende lijnen binnen een profiel Δν + -ybGv = —.

’ ’ Tj,

Indien de derde gradiënt Gz eveneens wordt aangeschakeld, maar niet gemoduleerd, zoals in figuur 5 is getoond, worden de discrete spectra in figuur 6b uitgebreid tot een discreet profiel van constante amplitude, 55 getoond in figuur 6c. Elke discrete component zal een afwijkende breedte hebben en correspondeert met daaropvolgende dwarsdoorsneden van de spin-dichtheidsdistributie over elke schijf van magnetisatie in opeenvolgende lagen. Houders kan in een verval met een Fourier transformatie de gehele driedimensionale 192222 4 spinverdeling worden gemeten. Zoals boven is beschreven kan de informatie uit elk vlak worden samengesteld tot een tweedimensionale afbeelding die de dichtheidsdistributie voorstelt.

Uiteraard is met elke extra veldgradiënt de mogelijkheid aanwezig van het overlappen van de diverse uitgebreide spectra. Aldus moeten de gradiënten en temperingen voor het op juiste wijze oplossen zodanig 5 worden gekozen, dat Δων ΝΔωζ =£ Δων =£ -j^p (2) waarbij δωζ = — de frequentie per punt van de getransformeerde informatie is en N, M de grootste gehele

Tc 10 waarde van m en n vereist om het monsterveld te bestrijken. Opgemerkt wordt, dat het digitale monsterings-proces op zichzelf een discontinuïteit langs elke strip in een bepaalde laag met zich mee brengt. De punten zijn op onderlinge afstand van a z = z0 + nc (n is een geheel getal), waarbij c de roosterafstand is.

Aldus geldt:

15 ΔωΖ = 7CÖz = V

De afbeeldingsinrichting volgens figuur 5 kan in ritme worden geschakeld op dezelfde wijze als bij de bovengenoemde afbeeldingsinrichting voor een enkelvoudige vlakafbeelding. Dat wil zeggen door aanpassing van de SSFP-methode onder toepassing van rf-excitatie-pulsen met verdraaiingshoeken kleiner dan 90° en met wisselende rf-pulsfases verschoven met 180°. Naar keuze kan een volledige complementaire 20 cyclus van bewerkingen worden toegepast volgend op de bewerkingen beschreven en getoond in figuur 5, zodat de spingmagnetisatie bijna volledig weer is gefocusseerd en daarna weer opgeslagen langs de x-as. Dit kan worden uitgevoerd door het omkeren van Gz in de volgende periode xc, terwijl de modulatie van de gradiënten Gx en Gy worden gehandhaafd. Aan het einde van deze tweede complementaire cyclus wordt een complementaire 90° rf-puls (180° in fase verschoven) toegevoerd aan alle spins waardoor ze weer 25 worden teruggebracht langs de x-as. Na een geschikte wachtperiode kan het gehele proces regelmatig worden herhaald, waardoor een quasi-evenwichtstoestand van de signaalamplitude ontstaat, die grotendeels onafhankelijk is van zowel T, als T2, aangenomen dat 2% < T2 .

In de meeste diagrammen zijn scherp geschakelde gradiënttoestanden aangegeven. Dit is het ideale geval, maar in het algemeen is het eenvoudiger om de gradiënten langzamer te schakelen. In het algemeen 30 is het mogelijk een sinusvormige modulatie van enkele of alle van deze gradiënten toe te passen, om de gewenste scheiding van de spectra in discrete componenten te verkrijgen, in het bijzonder Gx en Gy, wanneer xa « -¾ « xc. Een sinusvormige (of nauwkeuriger cosinusvormige) modulatie van Gx en G y is met gestippelde lijnen in figuur 5 getoond.

Een aantal NMR-afbeeldingsschema’s is bovenbeschreven, waardoor twee- of driedimensionale 35 spindichtheidinformatie ondubbelzinnig kan worden gewonnen uit enkelvoudige vervalsignalen. Een geschikte veldgradiëntmodulatie, terwijl de FID volgend op de selectieve bestraling wordt waargenomen, biedt een mogelijkheid van de enkelvoudige vlakafbeelding. Indien zoals reeds is gesteld men de selectieve pulsen wil vermijden, dan zal echter door een geschikte instelling van de amplituden en de modulatie van de leesgradiënten mogelijk zijn om de gewenste driedimensionale spindichtheidsinformatie te winnen uit een 40 enkel FID volgend op een conventionele rf-puls van 90° of bij voorbeeld θ°. Aangezien alle spins aan de beschouwde signalen een bijdrage leveren, is deze afbeeldingswerkwijze sneller dan andere vlakke afbeeldingswerkwijzen die enkel gebaseerd zijn op selectieve bestraling. Bovendien zullen er technische voordelen aanwezig zijn om geen selectieve pulsen toe te passen. Inderdaad wordt met een sinusvormige gradiëntmodulatie de afbeeldingsweikwijze technisch zeer eenvoudig. Een rechthoekvormige gradiënt-45 modulatie kan ook tamelijk gemakkelijk worden uitgevoerd, in het bijzonder met energie-besparende schakelstromen. De verschillen qua concept tussen wat hier is beschreven en andere afbeeldingswerkwijzen met gradiëntmodulatie zijn gelegen in het erkennen van de oplossingsbetrekkingen (vergelijking 1 en vergelijking 2), waarbij veldgradiënten van bepaalde waarden moeten worden toegepast gedurende de signaalleesperiode. Ook moeten de modulatiefrequentieperioden xa, xb en de ongemoduleerde gradiënt-50 periode xc speciaal worden gekozen opdat het experiment werkt. De veldgradiëntmodulaties hebben ook een coherent verband in de beschreven experimenten, hoewel in de praktijk de nauwkeurige fasering van deze modulaties niet zo belangrijk zal zijn. Met andere afbeeldingswerkwijzen waarbij een gradiëntmodulatie wordt toegepast, kan geen afbeelding in een vlak verscheidene vlakken worden verkregen, slechts afbeeldingen die punt voor punt of lijn voor lijn worden gevormd.

55 Het effect van het schakelen van een gradiënt in de volgorde volgens figuur 2 kan het best worden toegelicht aan de hand van de toestand waarbij Gz = O. Aangenomen wordt, dat in een tijd xb door een stationaire gradiënt Gy de FID-amplitude totaal tot nul daalt. Indien alleen dit verval wordt bemonsterd en 5 192222 volgens Fourier wordt getransformeerd, zal dit uiteraard het projectieprofiel van de spindistributie langs de y-as in het x0-vlak opleveren. Door het omkeren van de gradiëntrichting (of door het toevoeren van een 180°-rf-puls) kan echter.de afname van het FID-signaal uitgroeien tot een spin-echo in een andere tijd xb, dat daarna weer afneemt. Andere gradiënt-omkeringen kunnen dus het signaal P-maal oproepen, aangeno-5 men dat t,, = 2Pxb < T2, waarbij T2 de spin-spin-relaxatietijd van het monster is. Het op deze wijze oproepen van het signaal en het bemonsteren van de volledige spin-echo-trein levert een discontinuïteit op in het volgens Fourier getransformeerde projectieprofiel. De discrete frequentie-afstand wordt gegeven door Acoy = ;r/xb. De eindige bemonsteringstijd tb brengt enigszins een verbreding van de discrete lijnen met zich mee, waardoor deze een hoekfrequentie van ongeveer 2rc/tb krijgen. Het uitwendig vormen van de spin-echo-trein 10 levert de mogelijkheid van het verder verbreden van de discrete lijnen tot rechthoekige of andere gewenste profielen.

In het volledig tweedimensionale experiment wordt de signaalbemonstering uitgevoerd met de extra stationaire gradiënt Gz, die de individuele discrete lijnen verbreedt om een enkelvoudige echo-trein te verkrijgen plus een Fourier-transformatie van een compleet stel van ontbonden profielen van de spin-15 distributie over de dunne laag in het monster. De profielen kunnen dan op geschikte wijze worden gevormd tot een rechthoekvormige reeks van informatiepunten in een computer-geheugen en kunnen daarna worden toegevoerd aan een televisie-weergeefinrichting om een visueel beeld te vormen.

Bij een uitbreiding van dit experiment tot drie dimensies, kan een selectieproces in verscheidene vlakken worden uitgevoerd door het moduleren van zowel Gx als Gy, terwijl Gz continu blijft. In dit geval kan de 20 selectieve begin-excitatie-puls worden vervangen door een conventionele niet-selectieve rf-puls van 90° (of Θ0). Zoals in de volgende analyse wordt aangetoond, dat het effect van het schakelen van de gradiënt tezamen met het digitaal bemonsteren van het signaal het aan een discrete roosterpuntverdeling met ruimtelijke periodiciteiten a, b en c onderwerpen van een andere continue spindichtheidsverdeling is.

Het FID-signaal in het rotatiefreem ten tijde t volgend op de puls wordt gegeven door: 25 S(t) = rp fff p (x, y, z)exp [ΐγ0 ƒ' (xGx(t1) + yGy(t1)) + zGz (t1)) dt1 dxdydx (3) waarbij p (x,y,z) de continue spindichtheidsverdeling van het monster is en γ de gyromagnetische verhouding.

Eerst wordt het effect van de tijd afhankelijke x-gradiënt in vergelijking (3) beschouwd, terwijl de integraal 30 over x wordt geschreven als een nieuwe functie f(y,z,t). Indien Gx(t) periodiek is, modulus 2 xa , dan wordt verkregen: f(y,z,t) = ƒ dxp (x,y,z)exp[i 7 xGx(t')dt] (4) = Σ f(y,z,(t-2p7a)) 35 P=o v 7

Indien de modulatie rechthoekvormig is en ya zo lang wordt gekozen dat de FID afneemt tot nulamplitude, dan wordt met Gy = O = Gz vergelijking (4) geïntegreerd over y en z, een spin-echo-trein. Wanneer alle drie gradiënten worden toegepast met een geschikte rechthoekvoimige modulatie, kan de dichtheid p (x,y,z) worden geschreven als een functie van de hoekfrequentie p (ωχι GOy, ωζ). Voor grote N wordt de transforma-40 tie van f(y,z,t): co F(<üx,a>y,<i>z = 2 P (1 Δωχ,ων,ωζ) 2iraS (ωχ—1Δωχ) (5) 10—·» waarbij δ (ωχ - ΙΑχ) de datafunctie van Dirac is.

Zulk een transformatie met betrekking tot de integraal over y introduceert een tweede deltafunctie δ (cOy -45 mAOyj.Jn beide deltalfuncties zijn I en m hele getallen en de hoekfrequentie-intervallen tussen punten worden gegeven door Δίΰχ = ^ = 7 aGx (6) enzovoort. De inverse Fourier-transformatie van de vergelijking (5) wanneer gesubstitueerd in vergelijking 50 (3) tezamen met de corresponderende substitutie voor de y integrand, levert ten slotte S(t) = (!ξ)f§/dil(l-m)P C(l’m>] cosW-"1 * <7) waarbij de hoekfrequentie Ω(Ι,ηη) gegeven is door Ω(Ι,ηη) = 1 Aa>y + mAo>y + ωζ (8) 55 Het digitaal bemonsteren van S(t) gedurende een tijd xc levert een discontinuïteit langs de z-as. De punten liggen op een afstand van z = z0 + nc (n is een geheel getal), die correspondeert met een hoekfrequentie- 192222 6 interval Δωζ = — = -y cGz.

Tc

Daarmee rekening houdend kan vergelijking (7) worden geschreven als de discrete som s(t) = ΣΡίπηη COS t [l Δωχ + ΓηΔωγ + ηΔωζ] mn (9) 5 waarbij Δγ1ιηη het eenheidscelvolume is, waarvan de spin in elk roosterpunt aan het signaal bijdraagt. Indien de modulatieperioden (dus de gradiënten) zodanig zijn gekozen dat Δω.

-j^j- = Aö>y = ΝΔωζ (10) 10 waarbij M en N de grootste waarden van m en n in het afbeeldingsveld zijn, dan zijn door de vergelijking (9) alle punten in de verdelingsfunctie plmn ondubbelzinnig gedefinieerd in het frequentiegebied. De Fourier-transformatie van S(t) in de vergelijking (9) zal dus in één berekening de gehele drie-dimensionale spindichtheidsverdeiingsfunctie p1mn opleveren. Dit zou het in elkaar schuiven van Fourier-transformaties kunnen worden genoemd en in feite wordt daarbij een drie- (of twee-) dimensionale transformatie omgezet 15 in ééndimensionale vorm.

Wordt verondersteld, dat de toestanden van gradient-amplitude en periodiciteit worden gehandhaafd, blijkt rechtstreeks uit vergelijking (3), dat de rechthoekige golfvorm van de veldgradiëntmodulaties als goede benadering kan worden vervangen door cosinusvormige golven. Voor het optimaal functioneren van dit experiment moeten de gradiëntmodulaties fase-coherent zijn.

20 Indien de tijdbesparende versterkingen effectief moeten zijn in het afbeelden in een vlak, moet de gehele signaalbemonsteringscyclus zodanig vaak worden herhaald, dat het winnen van informatie een continu proces benadert voor de verbetering van de signaal-ruisverhouding. De coherente aard van de beschreven werkwijze leent zich tot het invoeren van complementaire opslagcycli volgens de Fourier-transformatie met gedreven evenwicht (DEFT) voor signaalmiddeling, of de vrije opeenvolging van de stationaire toestand 25 (SSFP), waarbij met behulp van beide werkwijzen een signaal waarneming kan worden uitgevoerd die essentieel onafhankelijk is van spinrooster-relaxatie-effecten, indien het gewenst is.

Een inrichting voor het uitvoeren van de onderhavige werkwijze is getoond in figuur 7. De inrichting bestaat uit een computer bestuurde puls-spectrometer die werkt bij 1-15 MHz. De besturing wordt uitgevoerd via de invoer- en uitvoerinformatielijnen van een computer 15, bijvoorbeeld een Honeywell 316 30 en een andere weg via een accumulator of een A-register 11. Behalve de normale invoer- en uitvoer-mogelijkheid van de computer, is een één- en tweedimensionale weergeefinrichting 12 aangebracht, waardoor de secties van het geheugen kunnen worden uitgelezen.

De spectrometer bestaat uit twee onafhankelijke radio-frequente kanalen; een kanaal van laag vermogen en een van hoog vermogen, die beiden worden bestuurd uit een gemeenschappelijke frequentie-generator 35 13 van 1-15 MHz.

De signalen van lager vermogen lopen door een geschikte fasemodulator 14 van 180°, een digitale verzwakker 16 en een vaste verzwakker 17 naar een breedbandige versterker 18 van 10W. De digitale verzwakker 16 kan elk geschikt aantal niveaus hebben en kan een analoge verzwakker zijn met digitale besturing. Het uitgangssignaal van de versterker 18 van 10W wordt ten slotte versterkt in een lineaire 40 versterker 19 van 2kW. De verzwakker 17 wordt zodanig ingesteld, dat de amplitude van het radiofrequentiesignaal het volledige lineaire bereik van de vermogenversterker 19 beslaat.

In het tweede kanaal van hoog vermogen lopen signalen van laag niveau door een variabel fase verdraaiingsinrichting 20 en de poort 21, die door een pulsgenerator 22 wordt geopend. Signalen uit de poort worden daarna in de versterker 23 versterkt tot nagenoeg 2 kW.

45 De twee kanalen worden in een combinatie-inrichting 25 gecombineerd en aan de zendspoel van de sonde toegevoerd. Een verzwakker 24 wordt gebruikt om het uiteindelijke vermogensniveau in het kanaal van laagvermogen te besturen.

Zoals in figuur 7 is aangegeven worden de fasemodulator 14 van 180°, de pulsgenerator 22 en de digitale verzwakker 16 bestuurd door bitpatronen opgewekt in het A-register 11 van de computer.

50 Nucleaire signalen uit de sonde 26 worden via een voorversterker 27 met lage ruis toegevoerd aan de ontvanger 28, waar zij ten aanzien van de fase worden gedetecteerd met betrekking tot een referentie-ingangssignaal afgeleid uit de frequentie-generator. Zowel de signalen in fase als de signalen van 90° kunnen worden bemonsterd.

De referentiefase van de ontvanger kan worden verschoven onder besturing van de computer, doordat 55 het referentie-signaal door een digitaal bestuurde faseverdraaiingsinrichting 29 wordt gevoerd. Dit vindt plaats om de signaalfasevariaties te corrigeren die optreden in de echo-volgorde. Met andere woorden kan de radiofrequente fase van elke echo in een periode van 2¾ (zie figuur 2) worden gecorrigeerd. De 7 192222 relevante fasehoekfout wordt in binaire vorm aan de faseverdraaiingsinrichting rechtstreeks toegevoerd. Een langzamer werkwijze is het omzetten van het Fourier getransformeerde signaaiprofiei voor de fase in het frequentiegebied door een Fourier-rotatieprogramma. Dit is in beginsel een programmatuurbewerking, terwijl de eerste werkwijze een bewerking met inrichtingen is en derhalve veel sneller. De gedetecteerde signalen 5 worden daarna omgezet in digitale vorm in de analoge-digitale omvormer (ADC) 30 en ingevoerd in geschikte plaatsen in het computergeheugen voor signaalmiddeling en verwelking.

De sonde 26 bestaat uit een kruisspoel als getoond in figuur 8. De grote zadelvormige zendspoel levert een uniform radiofrequent veld over het grootste gedeelte van het monster dat daarin is opgenomen. Voor een verlengd monster, zoals getoond, zullen er gebieden van het monster zijn die niet het volledige 10 radiofrequente magnetische veld ontvangen. Echter door het begrenzen van ontvangen signalen tot een tweede zadelvormige spoel, die loodrecht staat op de zendspoel en tamelijk plat is, zal deze mimtelijk gelocaliseerde signalen binnen grenzen van ongeveer ± d boven en onder het spoelvlak opnemen, waarbij d de dikte is van de ontvangstspoel. Deze gebieden zullen dus het volledig radiofrequente niveau afkomstig van de zendpuls ontvangen. De dikte van de ontvangstspoel kan natuurlijk worden vergroot om het 15 gewenste volume te omgeven voor het afbeelden van het gehele volume.

Een extra voordeel van de kruisspoel is de bescherming van de ontvanger. De ontvangstspoel kan worden gekoeld om de signaal/ruisverhouding te veibeteren.

Indien diverse vlakken van spins worden uitgekozen en opgewekt door een selectieve bestralingspuls, rs het mogelijk om de signalen van elk vlak te onderscheiden door de gradiënt Gx aan te schakelen en niet te 20 moduleren gedurende de selectiefase. Echter kan de eindige dikte van de lagen tot problemen leiden indien Gx aangeschakeld blijft. Indien Gx gedurende de selectiebewerking wordt uitgeschakeld, is er geen frequentieselectiviteit in de x-richting. Echter is een ruimtelijke selectiviteit aanwezig. Wordt veronderstelt dat de gekozen vlakken van verdeelde spinmagnetisatie op geschikte afstanden liggen, is het mogelijk om een bijbehorend stel ontvangstspoelen aan te brengen die georiënteerd zijn volgens deze vlakken en die 25 individueel reageren op de signalen uit de gekozen vlakken. Zulk een inrichting is in figuur 9 getoond, waarbij drie gescheiden ontvangstspoelen op onderlinge afstand in de x-richting zijn aangebracht. Voor deze bijzondere ontvanggeometrie, moet B0 in een vlak evenwijdig aan de ontvangstspoelviakken liggen. Met Gx uitgeschakeld, resoneren natuurlijk alle vlakken in dezelfde frequentie van Larmor. Indien de spoelen zoals getoond gescheiden zijn en elk verbonden zijn met gescheiden ontvangers en menginrichtingen, kunnen de 30 effectieve middenfrequenties voor elk spinvlak willekeurig worden verschoven, waardoor een oplossend vermogen van de frequentie of een discriminatie van de volgens Fourier getransformeerde informatie mogelijk is.

Bij deze constructie zal het de voorkeur verdienen om niet meer dan drie lagen tegelijkertijd te behandelen. Het succes van deze inrichting hangt af van de mate van isolatie tussen aangrenzende spoelen. Het 35 geactiveerde monster binnen één spoel moet geen belangrijk signaal in aangrenzende spoelen opwekken. Derhalve moet de afstand tussen de spoel bij voorkeur gelijk gehouden worden aan de straal van de spoel.

Bij een uitwerking van dit idee wordt een gelocaliseerde signaalontvangst toegepast met behulp van een fluxgeleidingsontvanger. Hierdoor kan de ontvangst van de signalen worden gelocaliseerd tot een dunne laag van bijvoorbeeld 2 cm dik. Het voordeel is, dat niet-selectieve pulsen van 90° kunnen worden 40 toegepast om spins op te wekken in een aanvankelijk dikke laag, maar de ontvangst wordt begrensd tot een dunne laag. In dit type van fluxgeleidingsontvangst is een gespleten geleidend metalen blok van vervaardigd scherm materiaal, waarvan de dikte veel groter is dan de radiofrequentie-indringingsdiepte, als een pijp aangebracht om de magnetische flux te transporteren teneinde deze door een aangrenzende afgestemde ontvangstspoel te voeren. Slechts signalen afkomstig uit het gebied van de fluxgeleidingsingangsholte 45 worden opgenomen en bijdragen aan het waargenomen signaal. De ingangsopening kan zodanig worden gevormd, bijvoorbeeld als een rechthoekvormige spleet, dat de ontvangst wordt gelocaliseerd. Signalen van buiten de ingangsopening af zullen geen flux door de ontvangstspoel opleveren, omdat het signaal niet de metalen holte-wanden kan doordringen.

Een geschikte fluxgeleidingsontvanger is in figuur 10 getoond. Een patiënt 40 ligt horizontaal en de 50 einddelen 41, 42 van de ontvanger zijn boven en onderaan aangebracht. De einddelen zijn vervaarcfigd van plaatmateriaal en hebben smalle spleten aan hun uiteinden die zich over de gehele breedte van het lichaam van een patiënt uitstrekken en spleten van ongeveer 2 cm bepalen.

De eindstukken strekken zich uit door pijpvormige geleiders 43 en 44, die gebogen zijn om ruimte te geven aan het lichaam van de patiënt en die door een brugorgaan 45 zijn veibonden, die zich in verticale 55 richting tussen de geleiders uitstrekt.

Het brugorgaan heeft een holte waarin een ontvangstspoel 47 is ondergebracht, welke holte een lengtespleet heeft. De richting van het hoofdveld, zoals aangegeven door de pijl Bc verloopt in lengterichting 192222 8 van de patiënt, terwijl het zendveld loodrecht op die richting staat en aangegeven is door de pijl Bv

Zoals in figuur 11 in dwarsdoorsnede is getoond wordt het statische magnetische veld Bo geleverd door een elektromagneet bestaande uit een stel spoelen 101 die de vorm van een bol benaderen. Voor het afbeelden van het gehele lichaam is de positie van een patiënt 102 (bijvoorbeeld) getoond. De patiënt is 5 binnen een paar spoelvormen 103 en 104 geplaatst, waarop de zend- en ontvangstspoelen gescheiden zijn gewikkeld. De steunconstructie moet niet van ferro-materiaal zijn en zo open mogelijk zijn, teneinde wervelstroomproblemen te vermijden die gepaard gaan met de gepulsde of actieve gradiëntspoelen. Bij een andere plaatsing van de patiënt is hij 90° tot een opstaande stand gedraaid, terwijl het statische veld nog gericht is langs de X-as zoals tevoren. In dit geval is een even aantal spoelsecties 101 vereist, waarbij het 10 middenvlak voor de patiënt wordt vrijgehouden. Indien de inwendige diameter van de magneet groot genoeg is kan de patiënt natuurlijk daarbinnen opzitten of geheel binnen het volume van de magneet knielen.

De magnetische veldgradiënt Gx wordt opgewekt door een omgekeerd Helmholtz paar van spoelen 105 die buiten de spoelvormen zijn aangebracht die de radiofrequente zend- en ontvangstspoelen ondersteunt. Volgens een uitvoeringsvorm worden de magnetische veldgradiënten Gy en Gz elk opgewekt door een spoel 15 getoond in figuur 12, die slechts een inrichting voor Gy toont. Acht geleiders, door elk waarvan dezelfde stroom I vloeit, zijn op geschikte afstanden op een spoelvomn aangebracht. De stroom retourbanen neemt de aangegeven D-vorm aan. Een soortgelijke spoelconstructie en rangschikking, verdraaid over 90° is aangebracht voor de magnetische veldgradiënt Gz. Onder bepaalde omstandigheden zou het mogelijk zijn om juist vier stroomgeieiders te gebruiken. Het aantal D-vormige eenheden kan worden vergroot om dichter 20 een stroomscherm te benaderen.

De gehele inrichting kan worden voorzien van een cilinder van μ-metaal of van een rechthoekvormige kast 106 om uitwendige magnetische velden en variaties in statische velden als gevolg van uitwendige verplaatsingen van metalen voorwerpen af te schermen. Het scherm is niet in alle gevallen nodig. Het ontwerp van de spoelen voor het statische hoofdveld wordt geoptimaliseerd ten aanzien van homogeniteit, 25 waarbij de grensvoorwaarden bepaald zijn door het scherm. Figuur 13 toont een rangschikking van de spoelen 105 voor de Gx-gradiënt, vier spoelen 107 en 108 elk voor de Gy- en Gz-gradiënt, de zendspoel en vorm 103 binnen de hoofdspoelen. De patiënt wordt door de spoelvorm 103 geschoven zoals in figuur 11.

De orthogonale ontvangstspoel en vorm 104 en de resterende spoelen voor de Gy- en Gz-gradiënt zijn duidelijkheidshalve niet in figuur 13 getoond.

30 Een andere uitvoeringsvorm van geleiders voor het opwekken van één van de magnetische gradiënten Gy of Gz is getoond in figuur 14 en figuur 15. De getoonde inrichting levert de gradiënt Gz en een soortgelijke inrichting maar orthogonaal geplaatst zal de gradiënt Gy leveren, terwijl de gradiënt Gx wordt geleverd door een omgekeerde spoeleninrichting van Helmholtz (niet getoond) zoals in figuur 11 en figuur 13. De inrichting voor de gradiënt Gz bestaat uit een stel stroomvoerende geleiders 110 die allen evenwijdig aan 35 elkaar verlopen en ten opzichte van de spoelvorm 103 van de zender op de getoonde wijze zijn geplaatst.

Er kunnen stromen met verschillende waarden door de geleiders vloeien, maar indien twee of meer van de geleiders dezelfde stroom voeren, kunnen zij parallel worden geschakeld over een gemeenschappelijke stroombron. Indien twee van de geleiders dezelfde en tegengestelde stromen voeren, kunnen zij in een gesloten lus worden aangesloten teneinde een spoel te vormen.

40 De ontwerpen van de gradiëntspoelen volgens figuren 14 en 15 zijn gebaseerd op de berekeningen voor een oneindig lange draad en in dit geval voor een zo goed mogelijke uniformiteit van de gradiënt zijn de optimale hoeken tussen de x-as en de lijn die het midden van de constructie verbindt met de diverse draden berekend op 22,5° of 67,5°. Voor geleiders met een eindige lengte, zoals in een werkelijke inrichting, kunnen de werkelijke hoeken met een paar graden afwijken van de bovengenoemde waarden en kunnen 45 empirisch worden vastgesteld. De stromen van de vier, een gradiënt leverende draden 110 hebben de in figuur 14 met kruisen aangegeven richtingen en hebben hoeken Θ1 = 67,5° ten opzichte van de x-as. De vier retourdraden 111 die stromen in de tegengestelde richting voeren, zoals aangetoond door punten binnen de cirkels, hebben een hoek Θ2 = 22,5° ten opzichte van de x-as.

Een andere uitvoeringsvorm dan getoond in de figuren 14 en 15 is getoond in figuur 16, waarbij alle 50 draden die zowel de voorwaartse stroombanen als de retourbanen vormen, langs de lijnen onder een hoek van Θ1 = 67,5° ten opzichte van de x-as zijn geplaatst.

Hoewel de waarden van de hoeken Θ1 of Θ2 van belang zijn, zijn de radiale afstanden r, van de voorwaartse stroomdraden en r2 voor de retourstroomdraden min of meer willekeurig. De gradiënt in het midden van zulk een stel oneindig lange draden wordt gegeven door: 55 g 2μ·ο* /cos Θ1 cos 62 \ z **· \ n2 r22 y 9 192222 waarbij I de stroom is en μ0 de permeabiliteit in de vrije ruimte. Uit de boven gegeven betrekking blijkt, dat voor de grootste gradiënten r2 oneindig zal worden. Een compromis moet in de praktijk worden gevonden en de waarde van r2 = 3r,/2 kan worden gebruikt, wat Gz verkleint tot 5/9 van de waarde, wanneer r2 oneindig is.

5 Het schakelen van de gradiëntspoelen wordt bestuurd door de computer via de besturings- en vorm-functie van figuur 7. Voor het op juiste wijze werken van het experiment moeten de modulatieperioden van de gradiënten Gz en Gy een verband hebben volgens de bovengenoemde betrekking. Dit betekent, dat bijvoorbeeld in de afbeeldingswerkwijze met een driedimensionale gradiëntmodulatie elke 64 perioden 2xa van Gx, Gy moet worden geschakeld over één periode 2xb. Eveneens moeten 64 perioden van Gy gelijk zijn 10 aan de tijd xc. De besturingsinrichting kan aldus geschikte coëfficiëntvermenigvuldigers of tellers bevatten, teneinde de bovengenoemde betrekkingen te verzekeren. Alle telbewerkingen kunnen in de computer worden uitgevoerd. Indien de geschakelde mode niet gewenst is, vormt de functiegenerator de rechthoekige modulaties in een cosinus om, of een andere gewenste golfvorm. Dit kan worden uitgevoerd hetzij door analoge middelen of door digitale synthese. Het vormen kan plaatsvinden bij een laag spanningsniveau en 15 elk gevormd gradiëntsignaal zou dan door de lineaire gelijkstroomversterkers worden gevoerd om de gradiëntstromen te leveren. De versterkers moeten zowel negatieve als positieve uitgangsstromen kunnen leveren, dat wil zeggen zij moeten bipolair zijn.

De benaderde afstand van de Gx-spoelen in figuur 13 is op zich bekend. Voor eindige dradenbundels is het echter beter om de uniformiteit van de gradiënt numeriek te optimaliseren. De spoelafstanden voor de 20 gradiënten Gy en Gz voor vier lijnstromen geplaatst zoals in figuren 14,15 en 16 zijn reeds behandeld, maar voor retourwegen in de vorm van D,s, zoals beschreven aan de hand van figuur 11, zouden de spoelafstanden numeriek moeten worden geoptimaliseerd, teneinde een zo goed mogelijke lineairiteit van de gradiënten te verkrijgen. Voor meer dan vier lijnstromen, dat wil zeggen voor de benadering van een stroomscherm kan men het beste numeriek optimaliseren onder toepassing van de wet van Biot en Savart. 25 Eén van de problemen die waarschijnlijk worden ondervonden in elk van de bovenbeschreven werkwijzen, is het elektrische probleem van het aan- of uitschakelen van grote stromen in de spoelen voor een veldgradiënt. Zelfs wanneer de stromen met een cosinus zijn gemoduleerd, zoals in figuur 5, is een extra probleem aanwezig van het radiofrequente pulsen bij deze werkwijzen, waarbij niet-selectieve radiofrequente pulsen van 90° worden gebruikt. De radiofrequente puls moet een zeer hoog vermogen hebben 30 (B, » XmaxGx.ymaxGy-ZmaxGx), of een puls van lager vermogen wordt toegevoerd aan het monster alvorens de gradiënten worden aangeschakeld. Natuurlijk kan het niet worden uitgevoerd onder toepassing van selectieve pulsen. Er zijn echter voordelen voor afbeeldingswerkwijzen, waarbij geen selectieve excitatie-pulsen worden toegepast. Zij zijn in het algemeen sneller, terwijl de tijdbesparing het gevolg is van het verschil in de lengten van de bestralingspuls.

35 Volgens de eerder beschreven werkwijze waarbij een vlakselectie wordt toegepast met een flux-geleidingsontvanger, en eveneens in de werkwijze voor verscheidene vlakken, kan een niet-selectieve beginpuls van 90° worden toegepast. Zoals geïllustreerd in figuur 5 en hierboven toegelicht, moet zonder radiofrequente pulsen van hoog vermogen de gradiënt echter snel stapvormig worden gebracht op de begincosinus-piek en dit is even moeilijk te bereiken als het aanschakelen van een modulatie met een 40 rechthoekige golfvorm. Uiteraard is het voor een cosinusmodulatie slechts nodig om een snel aanschakelen te bereiken, terwijl voor de modulatie met een rechthoekige golfvorm een snel schakelen moet worden herhaald en indien intrinsieke fouten aanwezig zijn die door elke schakelbewerking worden ingevoerd, zullen deze worden voortgeplant. Dit is niet het geval met een cosinusmoduiatie. Teneinde de beginstap te vermijden kan een gemodificeerd schema worden toegepast, waarbij een sinusmodulatie van de gradiënten 45 wordt toegepast samen met een niet-selectieve puls van 90° die wordt toegevoerd wanneer de gemoduleerde gradiënt nul is. De verzameling van gradiënten en de radiofrequente puls voor een afbeeldingswerkwijze in een enkel vlak is getoond in figuur 17. De met een sinus gemoduleerde gradiënt Gy is continu aangeschakeld en levert derhalve geen schakelproblemen op. Aldus is ook de kleinere niet-gemoduleerde verbredingsgradiënt Gz.

50 Het nucleaire signaal volgend op een korte puls van 90° zal in tijd worden gemoduleerd, zodat de Fouriertransformatie daarvan niet het gebruikelijke projectieprofiel van het monster zal opleveren, zoals verkregen bij een statische gradiënt. Vanwege de tijdafhankelijkheid ingevoerd door de sinusmodulatie van Gy, zal het noodzakelijk zijn om een niet-lineaire of Bessel-transformatie uit te voeren, teneinde de FID te relateren aan het gewenste profiel. Het herhaald oproepen van de spin-echo’s en het voltooien van het 55 bemonsteren van de spin-echo-trein zal bij een Bessel-transformatie een discreet profiel leveren, zoals in het geval van geschakelde gradiënten. Het belangrijke punt hier is, dat indien de vorm van de gradiëntmodulatie bekend is (bij voorkeur in analytische vorm), de gewenste transformatie steeds kan worden

Claims (17)

192222 10 uitgevoerd om het profiel op te wekken. Stationaire gradiënten zijn een speciaal geval. Het juist beschreven schema kan worden toegepast voor het driedimensionaal afbeelden in een enkel vlak zonder verband met fluxgeleidingsontvangst of een derde gemoduleerde gradiënt, teneinde een enkel vlak te definiëren, of een stel van vlakken langs de x-as. Volgens een andere variant worden niet-selectieve 5 pulsen toegevoerd en de bovenbeschreven gradiëntmodulatie wordt toegepast om een dik dwarsdoorsnede-beeld te verkrijgen. De dikte wordt bepaald door de ruimtelijke responsiefunctie van de ontvangstspoel. Een stel van zulke afbeeldingen wordt opgewekt door het stapsgewijze voortbewegen van het monster door de ontvangstspoel langs de x-as. Door het nemen van corresponderende punten van elk achtereenvolgende deel (dat wil zeggen bij dezelfde coördinaten y, z) kan een ontwikkelen langs de x-as worden uitgevoerd 10 onder toepassing van de ruimtelijke responsiefunctie van de ontvangstspoel. Deze werkwijze zal een werkelijke dunne schijfdistributie in elk vlak x opleveren. De schijf kan dikker worden gemaakt door toepassing van een rechthoekige ruimtelijke functie langs de x-as waardoor een compromis mogelijk is tussen ruimtelijke resolutie langs de x-as en de signaal-ruisverhouding. Hetzelfde principe toegepast in het ontwerp van de gradiëntspoelen kan eveneens worden gebruikt om 15 een radiofrequente zendspoel te ontwerpen. Hierbij is een uniform magnetisch veld over een zo groot mogelijk volume vereist. Dit kan worden bereikt met vier oneindig lange draden 120 die geplaatst zijn zoals getoond is in figuur 18 en in figuur 19. De draden 120 leveren een magnetisch veld in de richting van de pijl en de hoek 0 tussen een lijn die de draden met het midden van de constructie verbindt, en de z-as moet voor een optimale uniformiteit van het veld B1 30° of 60° zijn. Teneinde de homogeniteit van het 20 zendveld te handhaven moeten de stroomretourbanen dezelfde hoeken vormen zoals getoond is. In de praktijk met eindige geleiderlengten kunnen de voorwaartse en retourbanen gemakkelijk worden gevormd in gesloten rechthoekvormige lussen zoals getoond is in figuur 19. 25 Conclusies

1. Werkwijze voor het vormen van twee- of driedimensionale beelden van de kemspindichtheidsverdeling van gekozen kernen in materialen die kemspin vertonen, door het meten van signalen die uit nucleaire magnetische resonanties worden verkregen, waarbij een voorwerp wordt onderworpen aan een homogeen 30 magnetisch veld dat langs een as (de X-as) is gericht, een radiofrequente excitatie-impuls met de frequentie van Larmor wordt toegevoerd om gekozen kernen in het voorwerp te exciteren, en een aantal onderling orthogonaal schakelbare magnetische gradiëntvelden beschikbaar zijn voor superpositie op het homogene magnetische veld, waarbij het daaropvolgende vrije inductiesignaal uit deze kernen wordt uitgelezen, terwijl ten minste één van de magnetische velden wordt gesuperponeerd op het homogene magnetische veld en 35 het uitgelezen signaal aan een Fourier-transformatie wordt onderworpen om een frequentiespectrum te verkrijgen, dat overeenkomt met de projectie van de spindichtheid langs een lijn in de richting van de gradiënt, met het kenmerk, dat het gesuperponeerde gradiëntveld (Gy) op oscillerende wijze periodiek wordt omgekeerd, zodat het vrije inductiesignaal uit de kernen cyclisch afneemt en toeneemt als gevolg van de gradiënt-omkering en dat een stationair gradiëntveld (G^ met een richting loodrecht op de gesuperponeerde 40 gradiënt (Gy) tegelijkertijd wordt gehandhaafd, zodat het uitgelezen signaal de spindichtheidsverdeling van gekozen kernen in het voorwerp in meer dan één dimensie voorstelt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de radiofrequente excitatie-impuls wordt toegevoerd bij aanwezigheid van een verder gradiëntveld (Gx), dat op het homogene magnetische veld wordt gesuperponeerd en ten minste een component heeft die loodrecht staat op de richtingen van zowel de 45 gesuperponeerde als stationaire gradiënten (Gy en Gz) (figuur 2).

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de radiofrequente excitatie-impuls gekozen frequentiecomponenten heeft, die bij aanwezigheid van de verdere magnetische gradiëntvelden één of meer schijven van het voorwerp kiest, die liggen in vlakken loodrecht op de richting van de verdere gradiënt (Gx).

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de volgorde van de 50 stappen wordt herhaald met een radiofrequente excitatie-impuls met een tegengestelde fase en dat de richtingen van alle magnetische gradiëntvelden worden omgekeerd (figuur 4).

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een verder gradiëntveld (Gx) tegelijkertijd wordt gesuperponeerd gedurende het uitlezen en periodiek op oscillerende wijze wordt omgekeerd met een snelheid die afwijkt van de bij het eerste gesuperponeerde gradiëntveld (Gy) toegepaste snelheid, zodat het 55 uitgelezen signaal de spindichtheidsverdeling van gekozen kernen in het voorwerp in drie dimensies voorstelt (figuur 5).

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gesuperponeerde 11 192222 gradiëntveld (Gy) een beginperiode (xb) van toevoeren en daarna periodieke omkeerperioden (2¾) van toevoeren heeft, die tweemaal zo groot zijn als de beginperiode <xb).

7. Werkwijze volgens conclusies 5 en 6, met het kenmerk, dat het verdere gesuperponeerde gradiëntveld (Gx) een beginperiode (xa) van toevoeren en daarna periodieke omkeerperioden (2xa) van toevoeren heeft, 5 die tweemaal zo groot zijn als de beginperiode (xa).

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de herhaalde omkering van de richtingen van de gesuperponeerde magnetische veldgradiënten gedurende het uitlezen progressief is volgens een cosinusfunctie.

9. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 t/m 7, met het kenmerk, dat de herhaalde omkering van de 10 richtingen van de gesuperponeerde magnetische gradiëntvelden tijdens het uitlezen progressief is volgens een sinusfunctie.

10. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal gescheiden ontvangspoelen aanwezig is, die op afstand van elkaar zijn aangebracht, zodat de uitgelezen signalen die daarin worden geïnduceerd, selectief betrekking hebben op kernen 15 die liggen in vlakken nabij de respectieve spoelen (figuur 9).

11. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 9, met het kenmerk, dat een fiuxgeleidingsontvanger aanwezig is, die selectief is voor een flux uit een dunne laag van het voorwerp, die in een vlak ligt loodrecht op de genoemde as (figuur 10).

12. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de voorafgaande conclusies 1 t/m 9, 20 met het kenmerk, dat een stel spoelen die tezamen de vorm van een bol benaderen, het homogene magnetische veld opwekt (figuur 11).

13. inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat een paar spoelen (105) die als een omgekeerd paar van Helmholtz zijn verbonden en binnen de genoemde bol zijn geplaatst, een gesuperponeerd magnetisch veld opwekt met een gradiëntrichting langs de as.

14. Inrichting volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat twee rijen evenwijdige geleiders die zich loodrecht op de as uitstrekken, in de richting van de as op afstand van elkaar liggen en die alle een stroom in dezelfde richting voeren, een gesuperponeerd magnetisch veld opwekken met een gradiëntrichting loodrecht op de as (figuur 12).

15. Inrichting volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat vier paren van evenwijdige heengaande en 30 terugkerende lijngeleiders die symmetrisch rondom een symmetriemidden zijn aangebracht, zich in een richting loodrecht op de as uitstrekken, waarbij de lijnen die de heengaande geleiders met het genoemde punt verbinden, alle gelijke hoeken met de as insluiten en waarbij de lijnen die de terugkerende geleiders met het symmetriemidden verbinden, alle gelijke hoeken met de as insluiten, een gesuperponeerd magnetisch veld opwekken met een gradiëntrichting loodrecht op de as.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de twee stellen van gelijke hoeken complementair ten opzichte van elkaar zijn (figuren 14 en 15).

17. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de twee stellen gelijke hoeken aan elkaar gelijk zijn (figuur 16). Hierbij 12 bladen tekening