NL8403627A

NL8403627A - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam.

Info

Publication number: NL8403627A
Application number: NL8403627A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1986-06-16
Also published as: IL77155A; JPS61133850A; JPH0628651B2; EP0184249B1; DE3577140D1; EP0184249A1; IL77155A0; US4682109A; CN85109320A; CA1250891A

Description

S

PHn 11.232 1 ?. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Werkwijze en inrichting voor het bepalen van een kern-magnetisatieverdeling in een deel van een lichaam.

Se uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een kernspinmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij bij aanwezigheid van een stationair homogeen magneetveld in een aantal op eenvolgen-5 de meeteycli met een hoogfrequent elektromagnetische puls een kernspinresonantiesignaal wordt opgewekt, dat gedurende een voorbereidingstijd wordt geconditioneerd en gedurende een daarna volgende meettijd wordt bemonsterd voor het verkrijgen van een groep signaalmonsters, waaruit na signaal-10 transformatie ervan een beeld van een kernspinmagnetisatieverdeling wordt bepaald.

Se uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam, welke inrichting bevat: 15 a) middelen voor het opwekken van een stationair, homogeen magneetveld, h) middelen vdor het opwekken van een hoog-frequent elektromagnetische straling, c) middelen voor het opwekken van een gradient- 20 magneetveld, d) bemonsteringsmiddelen voor het nemen van signaalmonsters van een met de onder a) en b) genoemde middelen opgewekt resonantiesignaal, e) verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de 25 signaalmonsters tot een kernmagnetisatieverde ling en f) besturingsmiddelen voor het besturen van tenminste de onder b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken, conditioneren en be- 30 monsteren van een aantal resonantiesignalen en voor het verwerken van de signaalmonsters.

3403627 P HN 11-.232 2 /

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn hekend uit de duitse octrooiaanvrage DE-03 24.11.497. Bij de "beschreven werkwijze wordt per meetcyclus een rij van een twee- (of drie-) dimensionale heeldfrequentiematrix met 5 signaalmonsters gevuld. Na het vullen van de gehele matrix kan door een twee- (of drie-) dimensionale Fouriertransfor-matie een beeld van de kernmagnetisatie worden gevormd. Is een beeld met een redelijk oplossend vermogen gewenst (b.v. 128 x 128 beeldpunten) dan is reeds een meettijd van enkele 10 minuten noodzakelijk. Indien een te onderzoeken lichaam zich beweegt of bewogen wordt leidt dit tot fouten of on-scherptes in het beeld. Worden er metingen verricht aan de menselijke torso dan zijn beeldfouten tengevolge van de ademhalingsbeweging (en hartslag) niet te vermijden.

15 Voorgaande fouten zijn zelfs niet te vermijden bij een werkwijze of inrichting, die in de nederlandse octrooiaanvrage 82.03519 zijn beschreven, hoewel daarmee een versnelling van de gehele meetduur met een factor 2 of hoger kan worden bereikt.

20 Het is het doel van de uitvinding om in een werk wijze en in een inrichting te voorzien, waarin de fouten tengevolge van-hewegingen van het lichaam, waaraan metingen worden gedaan, althans zijn gereduceerd.

Een werkwijze volgens de uitvinding heeft tot 25 kenmerk, dat tenminste gedurende enkele meetcycli bij aanwezigheid van steeds eenzelfde gradientmagneetveld een opgewekt, ongeconditioneerd wordt opgewekt en bemonsterd voor het verkrijgen van een rij van referentiesignaalmonsters, waarbij de gradientrichting met een bewegingsrichting van 30 het lichaam samenvalt, waarna bij signaaltransformatie van de genomen signaalmonsters de referentiesignaalmonsters worden benut voor het reduceren van bewegingsinvloeden van het lichaam.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft tot 35 kenmerk, dat de verwerkingsmiddelen omvat: signaaltransformatiemiddelen voor het bepalen van frequentiespectra uit de referentiesignaalmonsters, geheugenmiddelen voor het opslaan van ten minste een van de frequentiespectra en vergelij- φ £ f\ ·>* Λ «5 v* ί 'U v j£, ƒ PH3 11.232 3 i r kingsmiddelen omvat voer het vergelijken van een aldus bepaald frequentie-spectrum met het in de geheugenmiddelen opgeslagen frequentiespectrum, welke vergelijk-middelen correctiefactoren levert voor het corrigeren van van de 5 bij dat frequentiespectrum behorende signaalmonsters afleidbare waarden.

De uitvinding zal aan de hand van in tekening weergegeven voorbeelden worden toegelicht, in welke tekening: 10 figuur 1 een meetcyclus van een werkwijze volgens de uitvinding weergeeft, figuur 2 twee bewegingstoestanden van een aan een meting onderhavig lichaam toont, figuur 3 a en b frequentiespectra van het lichaam 15 bij de twee bewegingstoestanden weergeeft, figuur 4 een coordinatenrelatie van beelden van de twee bewegingstoestanden van het lichaam toont en figuur 5 een uitvoeringsvoorbeeld van verwerkings-middelen van een inrichting volgens de uitvinding toont.

20 In figuur 1 is een meetcyclus van een werkwijze volgens de uitvinding weergegeven. Met een hoogfrequent 90° puls 21 worden magnetisaties van kernspins in een lichaam, dat in een stationair homogeen magneetveld is gebracht, in een om de richting van dat veld precederende beweging ge-25 bracht, waarbij een resonantiesignaal F1 (2ID-signaal) wordt opgewekt. Gedurende een op de puls P1 volgende voorbereidingstijd t wordt met een voor elke meetcyclus verschillend in sterkte zijnde gradientmagneetveld G1 (in de x-,y- of z-richting) een met een hoogfrequent 180° puls P2 30 op te wekken kernspinechosignaal F2 geconditioneerd. Eet opgewekte echosignaal 12 wordt in een op de voorbereidingstijd t volgende meettijd t bemonsterd. Gedurende de meettijd t is een constant G gradientmagneetveld G2 aangelegd.

De gedurende t genomen signaalmonsters v/orden in geheugen-35 middelen van een nog te beschrijven deel van een inrichting volgens de uitvinding opgeslagen. Na afloop van de meettijd t wordt met een tweede hoogfrequent 180° puls P2‘ een tweede kernspinecho signaal F2’ opgewekt, dat in een onge- p λ o ; \ r 7 5 i PEN 11.232 4 conditioneerde toestand is gebracht, door na de 180° puls P2' met een gradientveld G2' aan te leggen, dat tegengesteld is aan het voor de eerste 180° puls P2 aangelegde conditio-neringsgradientveld G1. Gedurende een extra meettijd t 1 5 worden van het ongeconditioneerde echosignaal F2' bij aanwezigheid van een constant gradientveld G^ referentiesignaal-monsters genomen (in dit voorbeeld een Gx-gradientveld, hetgeen verderop wordt toegelicht).

Het moge duidelijk zijn dat het mogelijk is om be-10 halve op de hiervoor aangegeven wijze verkrijgen van ongeconditioneerde signaalmonsters ook het signaal ?1 kan worden bemonsterd gedurende de voorbereidingstijd t , voordat het gradientveld G1 wordt aangelegd. Ook is het mogelijk om een conditionering te verkrijgen door de voorbereidingstijd t 15 verschillende waarden in elkaar opvolgende meetcycli te geven.

In figuur 2 is op een tafel 1 een lichaam 3 weergegeven, zoals dat in reeds bekende inrichtingen (bijvoorbeeld zoals in het DE-OS 24.11.497 en in de NI.OA 82.03519 20 beschreven) gebruikelijk is. Worden nu metingen verricht aan bijvoorbeeld een menselijke torso, dan zal het lichaam ^ 3 bijvoorbeeld vanwege de ademhaling bewegen. Nu is met li chaam 3 de bewegingstoestand weergegeven na uitademing en met lichaam 3’ (in streeplijn getekend) is de bewegingstoe-25 stand na inademing weergegeven. Zoals geschetst vindt de beweging hoofdzakelijk in de x-richting plaats. Worden nu in opeenvolgende meetcycli signaalmonsters (gedurende de meettijd t ) genomen en zonder meer tot een beeld verwerkt, dan zal dat beeld behept zijn met fouten en onscherptes ten-30 gevolge van de geschetste beweging. Wordt nu een ongeconditioneerd kernspinechosignaal bemonsterd bij aanwezigheid van een G gradientmagneetveld bemonsterd bijvoorbeeld in een Λ uitgeademde (bewegings)toestand, dan zal een signaaltransformatie (in het algemeen een Eouriertransformatie) een fre-35 quentiespectrum opleveren dat in figuur 3a is weergegeven. Paar het kernspinechosignaal bij een Gx-gradientveld is gemeten ontstaat na een^-P Pouriertransformatie van de genomen referentiesignaalmonsters een eendimensionaal frequentie- S 4'f: 7 " 9 7 -V « -β·' V V g** ƒ PHS 11.2 32 5 C ·> spectrum, waarvan de bandbreedte een maat is voor de object-grootte in de x-richting. Wordt aangenomen,. dat bet G· -gra-dientyeld in positieve x-richting toeneemt in sterkte, dan behoort de laagste frequentie f0 in het spectrum bij de 5 positie x = xo, waar het lichaam 3 op de tafel 1 rust (zie figuur 2 en figuur 3a). Se hoogste frequentie behoort bij de van de tafel 1 afgewende zijde van het lichaam 3. Begrijpelijk is nu dat de frequentieband bij ingeademde toestand van het lichaam 3’ (figuur 2) groter zal zijn, hetgeen in figuur 10 3b schetsmatig is weergegeven. Om een goed gedefinieerde begrenzing aan de bovenzijde van de in figuur 3a en 3b weergegeven frequentieband te verkrijgen is op het lichaam 3, 3’ een object 5 geplaatst (bijvoorbeeld een houder, die met water is gevuld), dat een sterk resonantiesignaal afgeeft.

15 Boor vergelijking van de frequentiebandbreedte is na te gaan hoeveel de bewegende buitenzijde van het lichaam 3 zich verplaatst en door vergelijking van enkele significante (herkenbare) pieken in de beide spectra (figuur 3a en 3b) is af te leiden hoeveel de tussen de buitenzijde en tafelzijde 20 aanwezige lagen zich hebben verplaatst, hetgeen schematisch met pijlen tussen figuur 3a en 3b is weergegeven. Er is uit de voorgaande vergelijking een relatie af te leiden (b.v. door interpolaties) tussen de posities x* van verschillende lagen in het lichaam 3' (ingeademde toestand) en de posities 25 x van diezelfde lagen van het lichaam 3 (uitgeademde toestand). In figuur 4 is een voorbeeld van een dergelijke relatie geschetst. Ter vergelijking is in figuur 4 tevens met een stippellijn de rechte x = x' weergegeven.

Be in de frequentiespectra aanwezige gegevens omtrent de 30 bewegingen van het lichaam 3 kunnen op verscheidene manieren worden benut. Een manier houdt in dat gedurende elke meet-cyclus referentiesignaalmonsters worden genomen, die in een frequentiespectrum worden omgezet. Uit deze spectra is af te leiden of de tijdens de meetcyclus genomen signaalmonsters 35 bij een in- of bij een uitgeademde bewegingstoestand horen (of bij een derde „tussenliggende" toestand). Be signaalmonsters kunnen op basis van de bepaalde spectra in deelgroepen worden ondergebracht, waaruit deelbeelden worden 0 4 0 3 ^ ? 7 PEN 11.232 6 gevormd op een van de "bekende wijzen. Een van de deelbeelden wordt als „norm" aangewezen en de overige deelbeelden worden met "behulp van correctiefactoren, die uit de "bij de deelgroepen behorende frequentiespectra en het bij de „norm" 5 horende spectrum worden afgeleid, opgerekt (van x naar x’) of gecomprimeerd (van x' naar x) naargelang de ingeademde toestand of uitgeademde toestand als „norm" is gekozen. Het oprekken of comprimeren kan op verscheidene manieren worden uitgevoerd: bijvoorbeeld lineair over het hele beeld, een 10 beeldhelft (in x-richting l ) niet en lineair over de andere beeldhelft of via een niet lineaire vervorming, waarbij van een te bepalen kromme zoals in figuur 4 is weergegeven gebruik wordt gemaakt. Uiteraard is het ook mogelijk om slechts in enkele meetcycli referentiesignaalmonsters te nemen, bij 15 het bereiken van een bepaalde bewegingstoestand (ingeademd of uitgeademd), waarbij de bewegingstoestand door een(mechanische) opnemer wordt gedetekteerd. Ka het bereiken van de genoemde(twee) bewegingstoestanden is namelijk de toestand enige tijd stationair en horen alle signaalmonsters, die in 20 die tijd worden genomen tot een bepaalde deelgroep, die met slechts eenmalig te bepalen correctiefactoren te corrigeren is.

In figuur 5 zijn verwerkingsmiddelen van een inrichting volgens de uitvinding weergegeven. Een gedemodu-25 leerd kernspinechosignaal wordt aan een analoog-digitaal-omzetter 11 toegevoerd, die de in digitale vorm getrachte signaalmonsters toevoerd aan een ingangspoort 13. De A/D -omzetter 11 en de ingangspoort 13 ontvangen beide van een centrale stuureenheid 15 stuursignalen via de stuurbus 15.

30 Van de ingangspoort 13 en via de databus 19 worden de digitale signaalmonsters in een geheugen 17 gezet onder besturing van de stuureenheid 15 via de stuurbus 16. Uiteraard volgen de referentiesignaalmonsters dezelfde weg. De in het geheugen 17 opgeslagen ref erentiesignaaliaonstersworden door 35de besturingseenheid 15 opgeroepen aan een rekeneenheid 21 toegevoerd, waarop de referentiesignaalmonsters uit een meetcyclus een 1-D Fouriertransformatie ondergaan, Het daaruit resulterende frequentiespectrum wordt in een geheugen- 9403627 ? KK 11.232 7 » deel 17 van het geheugen 17 opgeslagen. De aldus bepaalde frequentiespectra worden door een vergelijkings-en rekeneenheid 23 gebruikt om uit de in geheugen 17 opgeslagen signaalmonsters deelgroepen te vormen, die bil eenzelfde 5 bewegingsfase behoren. Cp de deelgroepen wordt tweemaal (of driemaal) een 1-B Fouriertransformatie uitgevoerd door de rekeneenheid 21 voor het per deelgroep verkrijgen van een twee-(of drie-) dimensionaal deelbeeld, waarvan althans het eerst gevormde in het geheugen 17 wordt.opgeslagen en 10 als basis dient voor het uiteindelijke totaal beeld. Daar de deelbeelden rijgewijs of kolomgewijs gevormd worden, wordt bij voorkeur de laatste 1-D Fouriertransformatie van de verdere deelbeelden in de „x- richting" uitgevoerd, waarna op de verkregen rij waarden, die een x- coordinaat-15 afhankelijkheid hebben, met behulp van de in het geheugen-deel 17' opgeslagen frequentiespectra een x- coordinaat-correctie wordt uitgevoerd door de vergelijkings- en rekeneenheid 23. Ka correctie wordt de gecorrigeerde rij waarden bij de uit het geheugen 17 opgevraagde waarden van de over-20 eenkomstige rij van het eerst bepaalde „ηοΓπ"-1ββ1’οββ11 opgeteld. De aldus verkregen nieuwe waarden worden weer op dezelfde plaats in het geheugen 17 gezet. Ka completering van een beeld, dat wil zeggen na samenvoegen van het eerste deelbeeld en het (de) genormeerde deelbeeld(en), kan dit 25 op een weergeefinrichting 25 worden weergegeven.

30 35 O 'V «. v ^

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van een kernspinmagneti-satieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij bij aanwezigheid van een homogeen, stationair magneetveld in een aantal opeenvolgende meetcycli met een hoogfrequent elektro- 5 magnetische puls een kernspinresonantiesignaal wordt opgewekt, dat gedurende een voorbereidingstijd wordt geconditioneerd en gedurende een daarna volgende meettijd wordt bemonsterd voor het verkrijgen van een groep van signaalmonsters, waaruit na signaaltransformatie ervan een beeld van een 10 kernspinmagnetisatieverdeling wordt bepaald, met het kenmerk, dat ten minste gedurende enkele meetcycli bij aanwezigheid van steeds eenzelfde gradientmagneetveld een opgewekt, ongeconditioneerd kernspinresonantiesignaal wordt opgewekt en bemonsterd voor het verkrijgen van een rij van 15 referentiesignaalmonsters, waarbij de gradientrichting met een bewegingsrichting van het lichaam samenvalt, waarna bij signaaltransformatie van de genomen signaalmonsters de referentiesignaalmonsters worden benut voor het reduceren van bewegingsinvloeden van het lichaam.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat gedurende elke meetcyclus een ongeconditioneerd kernspinresonantiesignaal wordt opgewekt en bemonsterd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, ^ dat de referentiesignaalmonsters uit een meetcyclus worden gebruikt voor het normeren van de signaalmonsters van dezelfde meetcyclus, waarna uit de van de signaalmonsters afgeleide genormeerde waarden een beeld van een kernspinmag-netiseringsverdeling wordt bepaald.

4. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en 30 met 3, met het kenmerk, dat gedurende het nemen van signaalmonsters een meetgradientveld is aangelegd, waarvan de veld-richting hetzelfde is als die van het gradientveld bij het nemen van de referentiesignaalmonsters.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en 35 met 3, met het kenmerk, dat gedurende het nemen van signaalmonsters een meetveldgradient is aangelegd, waarvan de gra-dientrichting loodrecht op die van het gradientveld bij het nemen van referentiesignaalmonsters is gericht. -a & ^ ** 3 J> 7 ü 3 L ƒ "·**» » c ΓΗΝ 11.232 9

6. Werkwijze volgens conclusie 2, met Het kenmerk, dat de referentiesignaalmonsters worden gebruikt voor het ordenen van de signaalmcnsters van alle meetcycli in ten minste twee subgroepen van meetcjrcli in een bepaalde bewe-gingstoestand van het lichaam, waarna uit elke subgroep van s signaalmonsters een deelbeeld wordt gevormd, welk deelbeeld met behulp van de referentiesignaalmonsters van een bij het deelbeeld behorende meetcycluswordt genormeerd, waarna de deelbeelden tot een beeld worden samengesteld.

7. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en 10 met 6, met het kenmerk, dat de referentiesignaalmonsters na excitatie en voor conditionering gedurende de voorbereidingstijd van het resonantiesignaal worden genomen.

8. werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de referentiesignaalmonsters 15 worden genomen van een met een hoogfrequent 180° puls opgeroepen kernspinechosignaal worden genomen na compensering van de gedurende de voorbereidingstijd uitgevoerde conditionering.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat in een meetcyclus referentiesignaalmonsters worden opgenomen bij het bereiken van een van ten minste twee vooraf bepaalde,te detekteren bewegingstoestanden van het lichaam, waarna uit de signaalmonsters van de meetcycli ten minste twee bij de vooraf te bepalen te detekteren bewegingstoe- 25 standen behorende deelgroepen worden gevormd, waaruit deelbeelden worden gevormd, die met behulp van de referentiesignaalmonsters uit de bij de bijbehorende bewegingstoestand horende meetcyclus worden genormeerd, waarna de deelbeelden tot een beeld wordt samengevoegd.

10. Inrichting voor het bepalen van een kernmagneti- satieverdeling in een deel van een lichaam, welke inrichting bevat: a) middelen voor het opwekken van een stationair, homogeen magneetveld, 35 b) middelen voor het opwekken van een hoog-fre- quent eletromagnetische straling, c) middelen voor het opwekken van een gradient-magneetveld, $ /· ·-* V ƒ PHN 11.232 10 d) bemonsteringsmiddelen voor het nemen van sig-naalmonsters van een met de onder a) en h) genoemde middelen opgewekt resonantiesignaal, e) verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de signaalmonsters tot een kernmagnetisatieverde- 5 ling en f) besturingsmiddelen voor het besturen van tenminste de onder b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken, conditioneren en bemonsteren van een aantal resonantiesignalen en 10 voor het verwerken van de signaalmonsters, met het kenmerk, dat de verwerkingsmiddelen omvatten: signaal transformatiemiddelen voor het bepalen van frequentiespectra uit de referentiesignaalmonsters, geheugenmiddelen voor het opslaan van ten minste een van de frequentiespectra 15 en vergelijkingsmiddelen omvat voor het vergelijken van een aldus bepaald frequentie-spectrum met het in de geheugenmiddelen opgeslagen frequentiespectrum, v/elke vergelijkmid-delen correctiefactoren leveren voor het corrigeren van van de bij dat frequentiespectrum behorende signaalmonsters af-20 leidbare waarden. 25 30 e* 9 ^ £ Λ h . * -λ +*\ ) i w V V ] 35