NL8401382A - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam. - Google Patents

Description

£ 4 PEN 11034 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven, werkwijze en inrichting voor het bepalen van een keriimag-netisatieverdeling in een deel van een lichaam.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij een stationair homogeen magneetveld wordt opgewekt, waarin het deel van het li- 5 chaam zich bevindt en waarbij: a) een elektromagnetische hoogfrequentiepuls wordt opgewekt voor het opwekken van een kernspinresonantiesignaal, b) waarna na een voorbereidingstijd gedurende een meettijd door bemonstering een groep signaalmonsters van het 10 kernspinresonantiesignaal wordt genomen, c) waarna na steeds een wachttijd de stappen a) en b) wor den een aantal keren herhaald voor het verkrijgen van verscheidene (n) groepen van elk (n') signaalmonsters, waaruit na Eouriertransformatie ervan een beeld van de 15 opgewekte kernmagnetisatieverdeling wordt bepaald.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam, welke inrichting bevat: a) middelen voor het opwekken van een stationair, homogeen 20 magneetveld, b) een hoogfrequent oscillator en een hoogfrequentspoel voor het opwekken van elektromagnetische hoogfrequent-straling, c) middelen voor het opwekken van een gradient-magneetveld, 25 d) bemonsteringsmiddelen voor het bemonsteren van een met de onder a) en b) genoemde middelen opgewekt resonantie-signaal, e) verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de door de bemonsteringsmiddelen geleverde groepen van signaalmon- 30 sters, waarbij een beeld van een kernmagnetisatieverdeling wordt bepaald, en f) besturingsmiddelen voor het besturen van de onder b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken, konditio- 8401332 - · + PEN 11034 2 en, "bemonsteren en verwerken van de groepen van signaal-monsters.

Een dergelijke werkwijze (ookwel kernspintomografie genoemd) en een dergelijke inrichting zijn "bekend uit de 5 nederlandse octrooiaanvrage N1-A82.03519. Bij een dergelijke werkwijze wordt eèn te onderzoeken lichaam aan een sterk, stationair homogeen magneetveld Bo onderworpen, waarvan de veldrichting samenvalt met "bijvoorbeeld de z-as van een carthesis (x, y, z) coördinatenstelsel. Met het stationair 10 magneetveld Bo wordt een kleine polarisatie van de in het lichaam aanwezige kernspins verkregen en wordt de mogelijkheid geschapen om kernspins een precessiebeweging om de richting can het magneetveld Bo te laten maken. Na het aanleggen van het magneetveld Bo wordt een bij voorkeur 90°puls 15 van een hoogfrequente elektromagnetische straling opgewekt, (met een hoek-frequentie&>= ^.Bo, waarin^de gyromagnetische verhouding en Bo de sterkte van het magneetveld is, die de magnetisatierichting van in het lichaam aanwezige kernen over een hoek (90°) draait. Na het beëindigen van de 90°-20 impuls zullen de kernspins gaan precederen rond de veldrichting van het magneetveld Bo en een resonantiesignaal opwekken (FID-signaal). Met behulp van de gradientmagneetvel-den Gx, Gy, Gz> waarvan de veldrichting samenvalt met die van het magneetveld Bo, is het mogelijk een totaal magneet-25 veld B=Bo+x.Gv+y.G„+z.G„ op te wekken, waarvan de sterkte plaats-afhankelijk is, omdat de sterkte van de gradientmag-neetvelden G , G , G een gradient heeft in respectievelijk

A jr Z

de x, y en z-richting.

Er wordt na de 90°impuls een veld G„ gedurende een

A

30 tijd t aangelegd en daarna een veld G gedurende een tijd

A J

t , waardoor de precessiebeweging van de geëxciteerde kern-spins plaatsafhankelijk wordt beinvloed. Na deze voorbereidingsfase (dus na t +t ) wordt een veld G„ aangelegd en x y z wordt het FID signaal(in feite de som van alle magnetisaties 35 van de kernen) gedurende een tijd t„ op N meetmomenten be-monsterd. De hiervoor beschreven meetprocedure wordt van vervolgens 1 x m maal herhaald, waarbij voor tx en/of ty steeds verschillende waarden worden genomen. Hierdoor verkrijgt men (Ngx m x l) bemonsteringssignalen, die 8401382 έ » ΡΗΝ 11034 3 ^bevatten de informatie over de magnetisatieverdeling in een deel van het lichaam in de x, y, z ruimte. De 1 x m gemeten Hz hemonsteringssignalen worden telkens in een geheugen opgeslagen (op Nz x m x 1 geheugenplaatsen), waarna door een s 3-D Fourier fransformatie van de bemonsteringssignalen van de FID-signalen een beeld van de kernmagnetisatieverdeling wordt verkregen.

Het is natuurlijk ook mogelijk om met behulp van selectieve excitatie slechts het FID signaal van kernspins 10 in een (willekeurig in oriëntatie te kiezen) 2-dimensionaal vlak op te wekken, zodat dan bijvoorbeeld slechts m maal een PID signaal behoeft te worden opgewekt om via een 2-di-mensionale Fourier transformatie een beeld van de magnetisatieverdeling in m x ITZ punten in het gekozen vlak te veris krijgen.

De bij de bekende werkwijzen en inrichtingen toe te passen hoogfrequentpulsen moeten de kernspins in het gewenste lichaamsdeel exciteren. Bij sterke magneetvelden (bijvoorbeeld 1 - 2,5 T) zijn daarvoor pulsen met een rela-20 tief grote bandbreedte nodig, waardoor bij de bekende werkwijzen en inrichtingen problemen optreden. Is bijvoorbeeld een verdubbeling (verdrievoudiging) van de bandbreedte nodig (waarbij de signaalsterkte van de verschillende frequenties in de hele band hetzelfde blijft, opdat de kernspins over 25 dezelfde hoek worden verdraaid), dan wordt de benodigde energiequantiteit verdubbeld (verdrievoudigd), maar daarenboven moet de tijd, waarin de hoogfrequentpuls moet worden gegeven, tot de helft ( tot een derde) teruggebracht worden, waardoor een verviervoudiging (vernegenvoudiging) van het 30 piekvermogen, dat de hoogfrequentgenerator moet afgeven, nodig is, hetgeen als zeer nadelig wordt gevonden.

Het doel van de uitvinding is om in een werkwijze en in een inrichting te voorzien, waarbij bij verdubbeling van de bandbreedte van de hoogfrequentpuls slechts een even-35 redige vergroting van het piekvermogen van de hoogfrequent nodig is. Hieruit volgt, dat derhalve een frequentiegenera-tor kan worden toegepast, die qua prestatie en kosten zeer voordelig is.

8401382 « » PHN 11034 4

Een werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de elektromagnetische hoogfrequentpuls een frequentiegemoduleerde puls is. Bij de voorgestelde werkwijze volgens de uitvinding doorloopt het momentane hoog-5 frequentsignaal de gewenste frequentieband, waarbij de verschillende frequenties als het ware een voor een worden opgezocht en aan het onderhavige object worden toegevoesd.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat de frequentie 10 van de frequentie gemoduleerde puls lineair' tijdafhankelijk is. Een dergelijke werkwijze heeft het voordeel, dat de met de verschillende frequenties te beïnvloeden kernspins alle gedurende eenzelfde duur worden beïnvloed, zodat de hoogfrequentpuls steeds nagenoeg eenzelfde amplitude kan hebben 15 voor de elkaar opvolgende frequenties.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat de hoogfrequent oscillator van de inrichting verder frequentiemodulatiemiddelen bevat voor het opwekken van een als functie van de tijd veranderende oscillator - 20 frequentie.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat de hoogfrequent oscillator een konstante-frequentie-oscillator en een qua- dratuurmoduïator bevat, waarbij de uitgang van de konstante 25 frequentiegenerator via de quadratuurmodulator met de hoog frequentspoel is verbonden.

Be uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven voorbeelden, in welke tekening: 30 figuur 1 een spoelenstelsel weergeeft, dat deel uitmaakt van een inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een inrichting toont voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; 35 figuur 5 een uitvoeringsvorm toont van een hoogfrequent oscillator voor een inrichting volgens de uitvinding; figuur 4 een verdere uitvoeringsvorm toont van 8401382 ΡΗΝ11034 5 ο ψ * een hoogfrequent oscillator voor een inrichting volgens de uitvinding; en figuur 5 een voorkeursuitvoeringsvorm toont van een hoogfrequent oscillator voor een 5 inrichting volgens de uitvinding.

In figuur 1 is een spoelenstelsel JjO afgebeeld dat deel uitmaakt van een inrichting die wordt gebruikt voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een 10 deel van een lichaam 20* Het deel heeft bijvoorbeeld een dikte Δz en ligt in het x-y vlak van het getekend coördinatenstelsel x.y.z*. De y-as van het stelsel is daarbij loodrecht op het vlak van tekening omhoog gericht. Met het spoelenstelsel j[0 wordt een uniform stationair magneetveld 15 parallel aan de z-as, drie gradientmagneetvelden G , G en a y

Gz met een veldrichting parallel aan de z-as en met een gradientrichting parallel aan respectievelijk de x, y en z-as en een hoogfrequent magneetveld opgewekt. Het spoelenstelsel 10 bevat daartoe enkele hoofdspoelen 1 voor het op-2° wekken van het stationaire uniforme magneetveld Bo met een sterkte tussen 0.2 en 2 Tesla. De hoofdspoelen 1 kunnen bijvoorbeeld op het oppervlak van een bol 2 zijn geplaatst, waarvan het middelpunt in de oorsprong 0 van het weergegeven carthesisch coördinatenstelsel x, y, z ligt, waarbij de 25 assen van de hoofdspoelen 1 samenvallen met de z-as.

Verder bevat het spoelenstelsel 1_0 bijvoorbeeld vier op hetzelfde boloppervlak geplaatste spoelen 3a> 2-^ waarmee het gradientmagneetveld G„ wordt opgewekt. Een eer- z ste stel 3a wordt daartoe in tegengestelde zin ten opzichte 30 van de doorstroming van het tweede stel 3b met een stroom bekrachtigd, hetgeen in de figuur met Θ en<5>is aangeduid.

Hierbij betekent Θ een in doorsnede van de spoel 3 gaande stroom en ® een uit de doorsnede van de spoel komende stroom.

35 Het spoelenstelsel 10 bevat bijvoorbeeld een viertal rechthoekspoelen 5 (slechts twee zijn weergegeven) of een viertal andere spoelen zoals bijvoorbeeld "Golay-coils” voor het opwekken van het gradientmagneetveld Gy.

8401382 β ΡΗΝ 11034 6

Voor het opwekken van het gradientmagneetveld Οχ dienen vier spoelen 7» die eenzelfde vorm als de spoelen 5 hebben en die over een hoek van 90° rond de z-as ten opzichte van de spoelen 5 zijn verdraaid. In figuur 1 is verder-nog een 5 spoel 11 weergegeven, waarmee een hoogfrequent elektromagnetisch veld is op te wekken en te detecteren.

In figuur 2 is een inrichting Ijj voor het uit-.voeren van een werkwijze volgens de uitvinding weergegeven. De inrichting Ijj bevat spoelen 1, 3, 5» 7 en 11 die aan de 10 hand van figuur 1 reeds werden toegelicht, stroom generatoren respectievelijk 17, 19, 21 en 23 voor het bekrachtigen van de spoelen respectievelijk 1, 3, 5 en 7 en een hoogfrequent signaalgenerator 25 voor het bekrachtigen van de spoel 11. De inrichting 15 bevat ook een hoogfre-15 quent signaaldetector 27» een demodulator 28, een bemon-steringsschakeling 29, verwerkingsmiddelen zoals een ana-loog-digitaal omzetter 31, een geheugen 33 en een rekenschakeling 35 voor het uitvoeren van een Pouriertransfor-matie, een stuureenheid 37 voor het sturen van de bemonste-20 ringstijdstippen en verder een weergeefinrichting 43 en centrale besturingsmiddelen 45» waarvan de functies en onderlinge relaties verderop zullen worden toegelicht.

Met de geschetste inrichting 1_5 wordt een werkwijze voor het bepalen van de kernmagnetisatieverdeling in 25 een lichaam 20 zoals hieronder beschreven uitgevoerd. De werkwijze omvat verscheidene stappen. Alvorens tot het "meten" over te gaan worden de in het lichaam aanwezige kernspins resonant geëxciteerd. Het resonant exciteren van de kernspins geschiedt door het inschakelen van de stroom-30 generator 17 vanuit de centrale besturingseenheid 45 waardoor de spoel 1 wordt bekrachtigd. Hierdoor wordt er een stationair en uniform magneetveld Bo opgewekt. Verder wordt de hoogfrequent generator 25 gedurende een korte tijd ingeschakeld, zodat de spoel 11 een hoogfrequent elektromag-36 netisch veld (r.f.veld) opwekt. Door de aangelegde magnetische velden kunnen de kernspins in het lichaam 20 worden geëxciteerd, waarbij de geëxciteerde kernmagnetisatie een zekere hoek, bijvoorbeeld 90° (90° r.f. puls), maakt met 8401382 a v PHN11034 7 het -uniforme magneetveld Bo. Waar en welke kernspins worden geëxciteerd hangt onder meer af van de sterkte van het veld Bo, van een eventueel aan te leggen gradientmagneetveld en van de hoekfrequentie CJ van het hoogfrequentelektromagneti-5 sche veld,daar aan de vergelijking cJ =e^*Bo (1) moet worden voldaan,waarin t*) de gyromagnetische verhouding is(voor vrije protonen, .bijvoorbeeld HgO protonen is deze ^^^“^ι^βΜΗζ/Τ). Ha een excitatietijd wordt de hoogfrequent generator 25 uitgeschakeld door de centrale besturingsmiddelen 45.Het reso-10 nant exciteren geschiedt telkens aan het begin van elke meetcyclus.Voor sommige uitvoeringsvormen worden er gedurende de meetcyclus ook r.f.pulsen inhet lichaam geïnduceerd.Deze r.f. pulsen zijn dan bijvoorbeeld 180° r.f. ptilsen, die periodiek in het lichaam worden geïnduceerd. In dit laatste 15 voorbeeld spreekt man van "spin-echo". Spin echo is onder andere beschreven in het artikel van I.I. Pykett "NMR Imaging in Medicine" gepubliceerd in Scintific American, mei 1982.

Tijdens een volgende stap worden er bemonsterings-20 signalen verzameld, waarbij naargelang de aard van de me- ' ting (bijvoorbeeld kernspindichtheidsverdeling, stroomsnel-heidsverdeling, plaatsafhankelijke spectroscopie) al dan niet gebruik wordt gemaakt van de gradientvelden»die door de generatoren 19» respectievelijk 21, 25 worden opgewekt 25 onder besturing van de centrale besturingsmiddelen 45. Het detecteren van het resonantiesignaal (PID-signaal genoemd) geschiedt door het inschakelen van de hoogfrequent detector 27, de demodulator 22, de bemonsteringsschakeling 29, de analoog-digitaal omzetter 31 en de stuureenheid 37. Dit PID-30 signaal is ontstaan doordat ten gevolge van de r.f. excitatie puls de kemmagnetisaties zijn gaan precederen rond de veldrichting van het magnetische veld Bo. Deze kernmagneti-satie induceert nu in de detectiespoel een inductiespanning waarvan de amplitude een maat is voor.de kernmagnetisatie.

35 De van de bemonsteringsschakeling 29 afkomstige analoge bemonsterde PlD-signalen worden omgezet in digitale vorm (omzetter 31) en zo in een geheugen 33 opgeslagen. Na verloop van meettijd worden door de centrale besturingsmid- 84 0 1 3 8 2 ΡΗΝ 11034 8

• ί V

delen 45 de generatoren 19» 21 en 23, de bemonsterings-schakeling 29, de stuureenheid 37 en de analoog-digitaal omzetter 31 stopgezet. De bemonsterde PID signalen zijn in het geheugen 33 opgeslagen en worden via Fouriertransfor- matie omgezet in een beeld van de opgewekte kernmagnetisa- 5 tieverdeling in dat deel van het lichaam, waarin de kernspins op de gewenste juiste wijzen zijn geexciteerd. In welk deel van het lichaam kernspins zijn geexciteerd is bepaald door het aangelegde magneetveld (het hoofdveld Bo 10 en een aanwezig gradientmagneetveld G·) en door de frequentie^) van de hoogfrequent puls. Er geldt dat o) = (Bo+Gr^-z) (bij aanwezigheid van een gradientmagneetveld in de z richting), ofwel z = (tj - </*Bo)/( ö^G„). Heeft de h.f.puls een bandbreedteΔO dan geldt: δ z - dtO/ /*G-z. Is u)0 de cen- 15 trale frequentie in het spectrum van de h.f.puls, dan worden kernspins geexciteerd in een „plak" met diktenz, die symmetrisch het vlak z = (Μ,-^Βο) / (^Gz) omvat. Heeft het hoofdveld Bo een sterkte van 2 T en een homogeniteit van 25 ppm dan is er een gradientmagneetveldsterkte van 20 5 mü/m om de geometrische vervorming te beperken tot 1 cm.

Om een plak a z van 1 cm dik te exciteren is een Jjf puls met een bandbreedte van 2 kHz nodig bij de gegeven gradientmagneetveldsterkte. Bij toepassen van drie dimensionale Fourier Zeugmatografie (waarbij een drie dimensionaal beeld 25 wordt verkregen) dienen dikkere plakken te worden geexciteerd. Zo zal voor een 10 cm dikke plak een hf puls met een bandbreedte van 20 kHz nodig zijn. Volgens de stand van de techniek zou daarvoor een hoogfrequent generator nodig zijn, die een honderdvoudig piekvermogén af moet geven. Het voor-3Q gaande zal als volgt worden toegelicht: De Fouriergetrans-formeerde van een puls p(t) is F(p(t))=P( co). Het vergroten van de bandbreedte met een factor a is equivalent aan het verkleinen van de frequentieschaal met een factor a, zodat de Fouriergetransformeerde te schrijven is als P(u?/a) in 35 plaats van P(c*j). De terug-F^uriergetransformeerde F(P(t*J /a) )=]a|*p( at). Er ontstaat dus een contractie van de puls in het tijddomein met een factor a en een vergroting van de amplitude van de puls met eenzelfde factor.

8401382 PHN 11034 9 3ij een frequentiegemoduleerde hf puls hoeft de hoogfrequentgenerator in het voorgaande voorbeeld slechts een tienvoudig piekvermogen af te kunnen geven. Ook is in te zien dat bij voorkeur de frequentie lineair van de tijd 5 afhankelijk is. De momentane frequentie van de hf puls is to (t)= t*2 + β t (6Λ, β zijn konstante waarden), zodat de fase van de hf puls gelijk is aan φ(4) - ~

Varieert de frequentie van de hf puls rondom de Larmorfre-quentie ( (<?* ~ 3o) van het systeem dan zal de fase in 10 een met de hoekfrequentie meeroterend coördinatenstelsel 0 (t-to) zijn. Wordt nu de fase op t=to gelijkge steld aan o zodat Jjf (t)=è-^ t2dan zou een hf puls de gedaante S(t)=A· exp(ii/3t^ kunnen hebben, waarbij de amplitude A konstant is. De Pouriergetransformeerde van S(t) is 15 S(tO )=A / i/β *exp(-i u>z/2 β ), die een frequentiespectrum heeft van - tot + co , Kiest men voor S( u? ) een recht-hoekvorm dan is de tijdfunctie S(t) een „sinc-achtige" functie, die in het tijddomein van - tot + loopt. Voor het frequentiespectrum S(cO ) wordt bij voorkeur een recht-20 boekvorm genomen, waarbij de flanken door Gaussische krommen worden gevormd. Het tijdsignaal is dan een rechthoekachtige puls, waarbij de beginflahk exponentieel toeneemt, het signaal via een uitdovende oscillatie een eindwaarde bereikt en de eindflank de gespiegelde van de beginflank is. 25 Voorgaande is slechts een van verscheidene signaalvormen, die kunnen worden toegepast en die voldoen aan de eis dat zij zowel in de tijd-als in het frequentiedomein scherp begrensd zijn. De signaalvormen kunnen als volgt worden bepaald: 30 a) Bereken de nodige bandbreedte ^6i?uit de gewenste plakdikte en uit de gradientmagneetveldsterkte (voor de selectieve excitatie). Bij het afbeelden van waterstofprotondichtheden (bij 80 MHz) bedragen de bandbreedtes 500 Hz tot 50 kHz.

35 b) Kies de pulsduur (b.v. 1 a 10 msec). Hoe langer de gekozen pulsduur is des te lager zal het nodige piekvermogen zijn. Echter zal bij een te lange pulsduur de invloed van de T2—relaxatietijd merk— 8401382 PÏÏN 11034 10 * c baar gaan worden.

c) Bepaal uit de bandbreedte en de pulsduur de fre-quentieveranderderingssnelheid/β (‘bij het toepassen van kernspinechotechniek is β voor de 90° pulsen ongeveer tweemaal zo hoog te nemen t.o.v.

5 o \ de yö voor de 180 pulsen).

d) Kies een functie (omhullende) van het frequentiespectrum, zoals 10 ^ (-'/dito- '0°^· |w-«.!>«*> waarbij bijvoorbeeld dU3=2’7t*10 kHz en b=2TC>500Hz.

e) Bereken het complexe tijdsignaal uit de voorgaande gegevens en stuur daarmee de frequentiegemoduleer-'de oscillator.

15 f) Stel de sterkte van de hf puls zo in dat in het met de hoekfrequentie ronddraaiende coördinatenstelsel voor een magnetisch hf veld B^x'^en Bgiy^t aan de vergelijkingen f/CB.jU'^+iBjty')^ *72 voor een 90° puls en 20 r j J<r(B2(x# )Ï+iB2(y,)i.)dti#1,3 tc. voor een 180° puls, waarbij ^ de gyromagnetische verhouding is,

In figuur 3 is een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een hoogfrequent oscillator 25(generator) voor een in-25 richting Jjj volgens de uitvinding weergegeven. De oscillator 25 bevat een konstante-frequentie-oscillator 61, een laag-frequent oscillator 63, een amplitude-modulator 65, een frequentiefilter 67 en een verdere amplitude-modulator 69.

Het door de oscillator 61 opgewekte signaal met de frequen-30 tie fö wordt samen met het door de oscillator 63 opgewekte signaal f, waarvan de frequentie (bij voorkeur lineair) toeneemt van f-| tot f2, toegevoerd aan de modulator 65. De modulator 65 levert zoals bekend een uitgangssignaal, dat signalen met de somfrequentie f +f (bovenband) en met de 35 verschilfrequentie fQ-f (benedenband) bevat. Een van de signalen wordt door het filter 6? doorgelaten. Het filter 67 laat derhalve hetzij de frequenties boven fQ he'tzij’ de frequenties beneden f door. Het uitgangssignaal van filter 67 84.0 1 3 8 2

4». S

PKN f1034 11 wordt via een amplitudemodulator 69 (b.v. een regelbare versterker) aan de hoogfrequentspoel 11 (figuur 1 en 2) toegevoerd.

De verandering van de frequentie van f^ tot f2 5 bepaalt de bandbreedte van bet opgewekt bf signaal. De modulator 65 (die bijvoorbeeld ook een vierkwadrantvermenig-vuldiger kan zijn) levert een hf signaal met een „kon-stante" amplitude af, die door de modulator 69 met het tijdsignaal s(t)(de omhullende van de hf puls) wordt vermenigvuldigd.

10 Dit tijdsignaal is bepaald door s(t)= /s*(t)+s|(tj , waarbij s^(t), s2(t) het reele respectievelijk imaginaire signaal zijn van de Fouriergetransformeerde van de in het frequentie spectrum gekozen functie. Uiteraard dient het tijdsignaal s(t) synchroon met de frequentieverandering (oscillator 63) 15 te veranderen.

In figuur 4 is een verdere uitvoeringsvorm van een hoogfrequent oscillator 25 voor een inrichting J_5 volgens de uitvinding weergegeven. De hoogfrequent oscillator 25 bevat een spanningsgestuurde oscillator 71, die door een spannings-20 functiegenerator 73 wordt bestuurd, Is de door oscillator 71 opgewekte frequentie lineair van de stuurspanning afhankelijk dan genereert de functiegenerator 73 een driehoekspan-ning, die uiteraard moet worden gesynchroniseerd met het tijdsignaal s(t), waarmee een amplitude modulator 75 wordt 25 gestuurd om de gewenste hf puls te vormen. De uitgang van de amplitude modulator 75 is met de hoogfrequentspoel 11 verbonden.

In figuur 5 is een voorkeursuitvoeringsvorm van een hoogfrequent oscillator 25 voor een inrichting 1_5 (fi-3Q guur 1 en 2) volgens de uitvinding weergegeven. De hoogfrequent oscillator 2j[ bevat een konstante-frequentie-oscillator 81 en een quadratuurmodulator, die een 90° fasedraaier 87, twee amplitudemodulatoren 83 en 85 en een optelschake-ling 89 bevat. Het door de oscillator 81 opgewekte hoogfre-35 quentsignaal (costOt) wordt via de 90° fasedraaier 87 aan de amplitude modulator 85 toegevoerd. De amplitudemodulatoren 83 en 85 ontvangen de tijdsignalen s^(t) respectievelijk s2(t), waarbij s^(t) en s2(t) het reele respectievelijk het 8401382

. * V

PHN 11034 12 t imaginaire tijdsignaal zijn van de Fouriergetransformeerde van de in het frequentiespectrum gekozen functie. De optel-schakeling 89, die in dit geval slechts een.verschilversterker hoeft te bevatten, ontvangt de uitgangssignalen van de g twee modulatoren 85 en 85 en voegt de twee signalen samen. Het uitgangssignaal van de optelschakeling 89 is gelijk aan S(t)=s1(t)-coso3t - s2(t)-sinw?t =Re((s1(t)+is2( t))-expiwt) en wordt aan de hoogfrequent spoel 11 toegevoerd.

10 Er kan worden aangetoond, dat hij het exciteren van een plak in een lichaam na een 90° puls (hij toepassen van een selectief gradientveld en een fi'equentiegemoduleerde puls) kernspins, die gaan precederen met een hoekfrequentie een fase hebben, die gelijk is aan: ^-f 15 Deze kwadratische afhankelijkheid is vooral dan storend, indien relatief dikke plakken worden geexciteerd voor het verkrijgen van een driedimensionaal beeld van een kernmagneti-satieverdeling. Wordt na een tijd t^ het selectieve gradiënt veld uitgeschakeld, dan zal de fase gelijk zijn aan: 20 2/3 V1- UJj él * 'Va -

Het is niet mogelijk om de kernspins met een gradientmag- neetveld te refaseren (de lineaire term^t^ is wel te compenseren), Bij het toepassen van kernspinechotechniek is het mogelijk om de kwadratische term door een evengrote kwadra-25 tische term (doch tegensteld van teken) te laten wegvallen. Wordt de fase van een kernspin voor een 180° puls gegeven door ((dj) dan kan er aangetoond worden dat de resulterende fase na een 180° puls gelijk is aan: a

De factor^(U{) is gegeven door de fase na de 90° puls in een kernspinsecho sequentie. Wordt nu de frequentieverande-ringssnelheid bij een 180 puls tweemaal zo groot maken als de frequentieveranderingssnelheid An/Z bij een 90° puls, dus s 2 'J&K· In de praktijk is gebleken, dat de hiervoor gegeven exacte verhouding ter waarde van 2 slechts in de ge- 35 bruikte theoretische afleiding passend is. In de praktijk blijkt deze verhouding veelal tussen de waarden 1,8 en 2 te liggen.

8401382

Claims (16)

1. Wsrkwijze voor het bepalen van een kerraragnetisatieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij een stationair homogeen magneetveld wordt opgewekt, waarin het deel van het lichaam zich bevindt en waarbij : a) een elektromagnetische hoogfrequentpuls wordt opgewekt voor het 5 opwekken van een kernspinresonanties ignaal, b) waarna na een voorbereidingstijd gedurende een meettijd door bemonstering een groep signaalmonsters van het resonantiesignaal wordt genomen, c) waarna na steeds een wachttijd de stappen a) en b) een aantal keren 10 worden herhaald voor het verkrijgen van verscheidene (n') groepen van elk (n) signaalmonsters, waaruit na Fourier transformatie ervan ‘ een beeld van een opgewekte kernmagnetisatieverdeling wordt bepaald, met het kenmerk, dat de elektromagnetische hoogfrequentiepuls een frequentiegemoduleerde puls is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fre quentie van de frequentiegemoduleerde puls lineair tijdafhankelijk is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het fre quentiespectrum van de hoogfrequent puls nagenoeg een rechthoekvorm heeft met begin- en eindflanken, die door een gaussische kromme zijn bepaald.

4. Warkwijze volgens conclusie 1, 2 of' 3, met het kenmerk, dat gedurende de duur van de frequentie gemoduleerde puls een gradient-veld wordt opgewekt.

5. Warkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de frequentiegemoduleerde puls met behulp van quadratuur modulatie wordt 25 opgewekt.

6. Warkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij met een 90° hoogfrequent puls kernen in het deel van het lichaam in een precessiebeweging warden gebracht, waarna na de voorbereidingstijd en voor de meettijd een 180° hoogfrequent puls wordt opgewekt voor het 30 opwekken van een kernspinechosignaal, met het kenmerk, dat zowel de 90°-puls als de 180°-puls frequentie gemoduleerde pulsen zijn.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de fre- O quentieverandering per tijdseenheid van de 90 hoogfrequent puls ongeveer tweemaal zo hoog is als de frequentieverandering van de 180°-35 puls, waarbij beide pulsen (nagenoeg) hetzelfde frequentiespectrum bevatten.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de tijdens de 90° puls en de 180° puls een gradientveld aanwezig is. 8401382 V PHN 11034 14

9. Werkwijze volgens een van de conclusies 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de veldsterkte van de 180° puls ten minste tweemaal zo groot is als de veldsterkte van de 90° puls.

10. Inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling 5 in een deel van een lichaam, welke inrichting bevat a) middelen voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, b) een hoogfrequent oscillator en een hoogfrequentspoel voor het opwekken van elektromagnetische hoogfrequent straling, c) middelen voor het opwekken van een gradientmagneetveld, 10 d) bemonsteringsmiddelen voor het bemonsteren van een met de onder a) en b) genoemde middelen opgewekt resonantiesignaal, e), verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de door de bemonsteringsmiddelen geleverde groepen van signaalmonsters, waarbij een beeld van een kernmagnetisatieverdeling wordt bepaald, en 15 f ) besturingsmiddelen voor het besturen van de order b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken, konditioneren, bemonsteren en verwerken van de groepen van signaalmonsters, met het kenmerk, dat de hoogfrequent oscillator van de inrichting verder frequentie modulatiemiddelen bevat voor het opwekken van een als functie 20 van de tijd veranderende oscillatorfrequentie.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de hoogfrequent oscillator een spanningsgestuurde oscillator is, waarvan een stuur ingang is verbonden met de uitgang van een spanningsfunctiegenera-tor.

12. Inrichting volgens conclusie 10, net het kenmerk, dat de hoogfrequent oscillator een konstante frequentie oscillator bevat, waarvan de uitgang is verbonden met een eerste ingang van een amplitude modulator, waarvan een tweede ingang is verbonden met de uitgang van een laag frequent oscillator, waarvan de frequentie een functie van de tijd is, 30 waarbij de uitgang van de modulator met een ingang van een frequentie filter is verbonden.

13. Inrichting volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat de EM-gemoduleerde puls via een amplitude modulator aan de hoogfrequentspoel wordt toegevoerd.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de amplitude modulator een stuurbare versterker is.

15. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de hoogfrequent oscillator een konstante frequentie oscillator en een 8401382 PHN 11034 1 5 quadratuur modulator te vat, waarbij de uitgang van de konstante frequentie oscillator via de quadratuur modulator met de hoog frequentspoel is verbonden.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de qua- 5 dratuur modulator twee amplitude modulatoren cravat, waarvan een eerste direkt en een tweede via een 90° fasedraaiende eenheid met de uitgang van de hoogfrequent oscillator zijn verbonden, waarbij de uitgangen van de amplitude modulatoren via een optelschakeling met de hoog frequentspoel zijn verbonden. 10 20 25 30 8401382 35