NL8502205A

NL8502205A - METHOD FOR DETERMINING AN N.M.R. SPECTRUM.

Info

Publication number: NL8502205A
Application number: NL8502205A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1987-03-02
Also published as: EP0212734B1; IL79632A0; DE3671523D1; EP0212734A1; IL79632A; JPS6290145A; JPH074351B2

Description

; ^ . - 'Jt ? t PHN 11.459 1; ^. - "Jt? t PHN 11.459 1

Werkwijze voor het bepalen van een N.M.R. spectrum.Method for determining an N.M.R. spectrum.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een frequentiespectrum van kernspinresonantiesignalen in een geselecteerd volume van een lichaam, waarbij dat volume zich in een statisch uniform magneetveld bevindt en met hoogfrequent elektro-5 magnetische pulsen wordt geexciteerd bij aanwezigheid van een gradient-magneetveld voor het verkrijgen van een kernspinresonantiesignaal (FID signaal), waaruit het frequentiespectrum van in dat volume aanwezige kernspins wordt afgeleverd.The invention relates to a method for determining a frequency spectrum of nuclear magnetic resonance signals in a selected volume of a body, said volume being in a static uniform magnetic field and excited with high-frequency electromagnetic pulses in the presence of a gradient magnetic field for obtaining a nuclear magnetic resonance signal (FID signal), from which the frequency spectrum of nuclear spins present in that volume is delivered.

Een dergelijke werkwijze is bekend en bijvoorbeeld 10 beschreven in de "Journal of Magnetic Resonance 56, 350-354 (1984) door W.P. Aue en anderen. Bij de beschreven werkwijze worden in volgorde na .Such a method is known and described, for example, in the "Journal of Magnetic Resonance 56, 350-354 (1984) by W.P. Aue et al. In the described method, sequences are followed.

elkaar een gradientmagneetveld in x-richting in de y-richting en in de z-richting aangelegd, waarbij telkens bij aanwezigheid van zo'n gradientmagneetveld een samengestelde radio-frequentpuls wordt opgewekt. De 15 samengestelde radiofrequent pulsen bevatten ieder een selectieve 45° puls, een breedbandige 90° puls en een selectieve 45° puls in successie. Na deze drie samengestelde pulsen heeft een deelvolume, dat bepaald is door de gradientsterkte van de aangelegde gradientvelden, de sterkte van het statisch uniform magneetveld en door de frequentie van 20 de selectieve pulsen een negatieve magnetisatie in de z-richting. Na een verdere 90° puls (breedbandig dus niet selectief) is uit het dan te meten FID signaal een nauwkeurig spectrum van de materie in het geselecteerde volume te bepalen.a gradient magnetic field is arranged in x-direction in the y-direction and in the z-direction, whereby a composite radio-frequency pulse is generated each time in the presence of such a gradient magnetic field. The 15 composite radio frequency pulses each contain a selective 45 ° pulse, a broadband 90 ° pulse and a selective 45 ° pulse in succession. After these three composite pulses, a partial volume determined by the gradient strength of the applied gradient fields, the strength of the static uniform magnetic field and by the frequency of the selective pulses has a negative magnetization in the z direction. After a further 90 ° pulse (broadband so not selective), an accurate spectrum of the matter in the selected volume can be determined from the FID signal to be measured.

De bekende werkwijze heeft het nadeel, dat zij steunt op 25 de sommatie van rotaties van magnetisaties door de verschillendeThe known method has the drawback that it is based on the summation of rotations of magnetizations by the different ones

excitatiepulsen. Deze pulsen dienen in het gehele object respektievelijk in het gekozen volume in dat object een totale rotatie van spins over een hoek van 270° respektievelijk 540° te bewerkstelligen, hetgeen niet helemaal het geval is. De kernspins in de geselekteerde x-30 plak (gradientveld Gx en twee 45° selektieve pulsen) ondergaan namelijk gedurende de drie samengestelde pulsen een rotatie van 360° (met uitzondering van het geselekteerde volume en de twee § £ * 3 0 Λ Sexcitation pulses. These pulses must effect a total rotation of spins over an angle of 270 ° and 540 ° respectively in the entire object or in the chosen volume in that object, which is not entirely the case. The core spins in the selected x-30 slice (gradient field Gx and two 45 ° selective pulses) namely rotate 360 ° during the three composite pulses (with the exception of the selected volume and the two § £ * 3 0 Λ S

44

+ *-V+ * -V

ΡΗΝ 11.459 2 orhogonale doorsnijdingen (rotatie 450°) van de x-plak door de geselecteerde y- en z-plakken). Hetzelfde geldt voor de rotatie van de kernspins in de geselecteerde y- en z-plakken (selectie met twee 45° pulsen tijdens aanwezigheid van Gy resp. Gz). Een na de drie 5 samengestelde pulsen op te wekken 90° puls zal dus niet alleen een resonantie-signaal oproepen van het geselecteerde volume, maar ook van de (veel grotere) volumes van de geselecteerde x, y en z plakken..4 11.459 2 orhogonal intersections (450 ° rotation) of the x slice through the selected y and z slices). The same applies to the rotation of the nuclear spins in the selected y and z slices (selection with two 45 ° pulses in the presence of Gy or Gz, respectively). Thus, a 90 ° pulse to be generated after the three 5 pulses will not only evoke a resonance signal of the selected volume, but also paste of the (much larger) volumes of the selected x, y and z.

Het is het doel van de uitvinding om in een werkwijze te voorzien, waarmee van een geselecteerd volume een frequentiespectrum te 10 bepalen is vooral voor materie, die een relatief korte dwarsrelaxatie-konstankte T2 (transversaal relaxatietijd T2) heeft.It is the object of the invention to provide a method with which a frequency spectrum can be determined from a selected volume, especially for matter which has a relatively short transverse relaxation constant T2 (transverse relaxation time T2).

De werkwijze volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat · het signaal, dat het frequentiespectrum bepaalt, uit verschillen van tenminste twee afzonderlijke resonantiesignalen of van hun 15 Fouriergetransformeerden wordt afgeleid, waarbij een resonantiesignaal wordt gemeten na excitatie met een (breedband) 90° r.f. puls en een ander resonantiesignaal na een selectieve 180° r.f. puls bij aanwezigheid van een gradientmagneetveld na uitschakeling van het gradientmagneetveld en na het opwekken van een (breedband) 90° r.f.The method according to the invention is characterized in that the signal which determines the frequency spectrum is derived from differences of at least two separate resonance signals or from their Fourier transforms, whereby a resonance signal is measured after excitation with a (broadband) 90 ° r.f. pulse and another resonance signal after a selective 180 ° r.f. pulse in the presence of a gradient magnetic field after switching off the gradient magnetic field and after generating a (broadband) 90 ° r.f.

20 puls wordt gemeten. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt bereikt dat het gehele lichaam een magnetisatie heeft, die tegengesteld is aan de magnetisatie van het geselecteerde volume. Na een hieropvolgende 90° (breedband) r.f. excitatie wordt een FID signaal opgevangen, dat signalen van het hele object bevat, waarbij de signaalbijdragen uit het 25 geselecteerde volume negatief zijn. Wordt hierna een FID signaal gemeten dat enkel met een 90° (breedband) r.f. puls wordt opgewekt en dat dus signalen uit het gehele object ontvangt, dan is uit het verschil van beide FID signalen het frequentiespectrum van het geselecteerde volume te bepalen. Het verschil tussen beide signalen kan Fouriergetransfor-30 meerd worden of er kan het verschil tussen Fouriergetransformeerden van elk signaal worden bepaald.20 pulse is measured. In the method according to the invention it is achieved that the whole body has a magnetization which is opposite to the magnetization of the selected volume. After a subsequent 90 ° (broadband) r.f. excitation, a FID signal is received, which contains signals from the whole object, the signal contributions from the selected volume being negative. After this, an FID signal is measured that only has a 90 ° (broadband) r.f. If a pulse is generated and that therefore receives signals from the entire object, the frequency spectrum of the selected volume can be determined from the difference of the two FID signals. The difference between the two signals can be Fourier transformed or the difference between Fourier transformed of each signal can be determined.

Een verdere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het signaal uit vier resonantiesignalen wordt afgeleid, waarbij een eerste resonantie-signaal wordt 35 gemeten na excitatie met een niet selectieve 90° r.f. puls zonder enige voorbereiding, een tweede resonantie-signaal na een voorbereiding met een gradient-magneetveld met een gradient in een eerste richting en .A further embodiment of a method according to the invention is characterized in that the signal is derived from four resonance signals, a first resonance signal being measured after excitation with a non-selective 90 ° r.f. pulse without any preparation, a second resonance signal after a preparation with a gradient magnetic field with a gradient in a first direction and.

3502205 PHN 11.459 3 met een selectieve 180° r.f. puls wordt gemeten na een daarop volgende niet selectieve 90° r.f. puls, een derde resonantie-signaal na een voorbereiding met een gradientmagneetveld met een gradient in een orthogonaal op de eerste richting zijnde tweede richting en met een 5 selectieve 130° r.f. puls wordt gemeten na een niet selectieve 90° r.f. puls en een vierde resonantie-signaal na een voorbereiding met op elkaar volgend het eerste en het tweede gradientmagneetveld, waarbij tijdens de aanwezigheid van elk veld een selectieve 180° r.f. puls wordt opgewekt, na een niet selectieve 90° r.f. puls wordt gemeten, en 10 het eerste en het vierde resonantie-signaal een positieve bijdrage aan het signaal leveren, terwijl het tweede en het derde resonantie-signaal een negatieve bijdrage leveren. Met deze werkwijze wordt van een staafvormige volume in een object een frequentiespectrum bepaald, waarbij door de juiste keuze van de twee gradientvelden en de 15 frequentieomvang van de selectieve 180° r.f. puls de "staaf" willekeurig in het object gesitueerd kan zijn.3502205 PHN 11.459 3 with a selective 180 ° r.f. pulse is measured after a subsequent non-selective 90 ° r.f. pulse, a third resonance signal after a preparation with a gradient magnetic field with a gradient in an orthogonal to the first direction, second direction and with a selective 130 ° r.f. pulse is measured after a non-selective 90 ° r.f. pulse and a fourth resonance signal after preparation with the successive first and second gradient magnetic fields, with a selective 180 ° r.f. in the presence of each field. pulse is generated, after a non-selective 90 ° r.f. pulse is measured, and the first and fourth resonance signals make a positive contribution to the signal, while the second and third resonance signals make a negative contribution. With this method a frequency spectrum of a rod-shaped volume in an object is determined, whereby by the correct choice of the two gradient fields and the frequency range of the selective 180 ° r.f. pulse the "bar" may be located randomly in the object.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het signaal wordt afgeleid uit acht resonantiesignalen, waarvan een resonantiesignaal wordt gemeten na een 20 niet selectieve 90° r.f. puls en de andere zeven resonantiesignalen worden gemeten na een niet selectieve 90° r.f. puls, die volgt op een voorbereiding, waarbij van drie gradientmagneetvelden met dwars op elkaar gerichte gradiënten gebruik wordt gemaakt en voor het voorbereiden van de zeven resonantiesignalen in de zeven verschillende 25 voorbereidingen respektievelijk het eerste, het tweede, het derde, het eerste en tweede elkaar opvolgend, het eerste en derde elkaar opvolgend, het tweede en derde elkaar opvolgend en het eerste, tweede en derde elkaar opvolgend gradientmagneetveld wordt respektievelijk worden ingeschakeld, waarbij bij aanwezigheid van elk gradientmagneetveld een 30 selectieve 180° r.f. puls wordt opgewekt, waarbij de resonantiesignalen zonder voorbereiding of met een voorbereiding, waarin twee 180° r.f. pulsen wordt opgewekt, een positieve bijdrage aan het signaal leveren en de resonantiesignalen met een voorbereiding, waarin een oneven aantal 180° r.f. pulsen worden opgewekt een negatieve 35 bijdrage leveren. Met deze werkwijze is een frequentiespectrum te bepalen van een 'kubusachtig" volume op een willekeurige plaats in een object. Hetgeen bij deze werkwijze ook mogelijk is voor objecten, die 3502205 # V , PHN 11.459 4 materie bevatten die een kleine dwarsrelaxatietijd T2 (transversale relaxatietijd) hebben.A preferred embodiment of a method according to the invention is characterized in that the signal is derived from eight resonance signals, a resonance signal of which is measured after a non-selective 90 ° r.f. pulse and the other seven resonance signals are measured after a non-selective 90 ° r.f. pulse following a preparation using three gradient magnetic fields with transverse gradients and for preparing the seven resonance signals in the seven different preparations, the first, the second, the third, the first and the second each successively, the first and third successive, the second and third successive and the first, second and third successive gradient magnetic field are switched on, respectively, in the presence of each gradient magnetic field a selective 180 ° rf pulse is generated, the resonance signals without preparation or with a preparation, in which two 180 ° r.f. pulses are generated, making a positive contribution to the signal and the resonance signals with a preparation, in which an odd number of 180 ° r.f. pulses are generated to make a negative contribution. With this method a frequency spectrum of a 'cube-like' volume can be determined at any place in an object. This method is also possible for objects that contain matter 3502205 # V, PHN 11.459 4 that has a short transverse relaxation time T2 (transverse relaxation time). ) to have.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven voorbeelden, in welke tekening: 5 fig. 1a en b een werkwijze volgens de uitvinding illustreren, fig. 2a, b, c, en d een verdere werkwijze volgens de uitvinding illustreren en fig. 3 een voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze 10 volgens de uitvinding weergeeft.The invention will be elucidated on the basis of examples shown in a drawing, in which drawing: fig. 1a and b illustrate a method according to the invention, fig. 2a, b, c, and d illustrate a further method according to the invention and Fig. 3 shows a preferred embodiment of a method 10 according to the invention.

In fig. 1a en 1b is op schematische wijze een werkwijze volgens de uitvinding weergegeven. In fig. 1a is een meetcyclus weergegeven, die met een inrichting zoals die is beschreven in de nederlandse octrooiaanvrage 82-03519 kan worden uitgevoerd, indien deze 15 van een adequaat besturingsprogramma wordt voorzien. De meetcyclus is opgedeeld in 3 tijdperioden, tv, Tj EN Tjj. Gedurende een voorbereidende periode tv wordt een gradient magneetveld Gsel ingeschakeld en wordt een selectieve 180° r.f. puls opgewekt. Het gradientmagneetveld Gge^ is in dit geval een van de gradientmagneet-20 velden Gx, Gy of Gz die een veldsterktegradient in de x, y respektievelijk z richting tonen. Na afloop van de voorbereidende periode tv (die zo kort als mogelijk is) begint een eerste meetperiode Tj met een niet-selectieve 90° excitatie puls Pj. Het met de puls Pr opgewekte resonantiesignaal FIDj (FID-signaal) wordt bemonsterd.Figures 1a and 1b schematically show a method according to the invention. Fig. 1a shows a measuring cycle which can be carried out with a device as described in Dutch patent application 82-03519, if it is provided with an adequate control program. The measuring cycle is divided into 3 time periods, TV, Tj AND Tjj. During a preparatory period tv, a gradient magnetic field Gsel is switched on and a selective 180 ° r.f. pulse generated. The gradient magnetic field Gge ^ in this case is one of the gradient magnet fields Gx, Gy or Gz which show a field strength gradient in the x, y and z directions, respectively. After the preparatory period tv (which is as short as possible), a first measuring period Tj starts with a non-selective 90 ° excitation pulse Pj. The resonance signal FIDj (FID signal) generated with the pulse Pr is sampled.

25 Hierna volgt een wachttijd, die langer is dan de longitudinale relaxatietijd (T1) van de te onderzoeken materie om de met de 180° puls geïnverteerde kernspins naar hun thermisch evenwicht (in een aangelegd statisch uniform magneetveld Bo) terug te laten keren. De laatste tijdsperiode Tjj van de meetcyclus begint met een niet 30 selectieve excitatie-puls Pgo-n» waarmee een tweede resonantiesignaal FIDjj wordt opgewekt. Het signaal FIDjj wordt in de tweede meetperiode Tjj bemonsterd.Hereafter follows a waiting time, which is longer than the longitudinal relaxation time (T1) of the matter to be examined for the nuclear spins inverted with the 180 ° pulse to return to their thermal equilibrium (in an applied static uniform magnetic field Bo). The last time period Tjj of the measuring cycle starts with a non-selective excitation pulse Pgo-n »with which a second resonance signal Fidjj is generated. The signal FIDjj is sampled in the second measurement period Tjj.

Met de voorgaande meetcyclus is het volgende bereikt. Het signaal FIDjj bevat signalen uit het gehele met de 90° r.f. puls 35 Pjj geexciteerde object 0, hetgeen in fig. 1b met de meest linkse afbeelding is aangeduid. In de eerste meetcyclus Tj worden kernspins met de selectieve 180° r.f. puls P^q in een volume £ (een laag 95 Ö 2 2 0 5 ΡΗΝ 11.459 5 ofwel plak) van het object 0 geïnverteerd. Na excititatie van het gehele object £ door de niet selectieve 90° r.f. puls PgQ-j zullen ook uit het gehele object 0 signalen ontvangen worden, maar de signalen van de geïnverteerde kernspins in de geselecteerde laag 3 zullen een 5 signaal met tegengestelde teken hebben. In de middelste afbeelding is de geselecteerde laag S aangeduid en voorzien van een - teken, terwijl de zich buiten de geselecteerde laag 3 bevindende materie van een + teken is voorzien. Er is nu in te zien, dat door het aftrekken van het signaal FIDt van het signaal FÏDTj slechts een signaal overblijft dat alleen 10 door het geselecteerde volume 3 is opgewekt (en in amplitude twee maal zo groot is als in het geval dat kernspins uit dat volume alleen zouden opwekken, hetgeen gunstig is voor de signaal/ruis verhouding). dit het verschilsignaal tussen de twee resonantiesignalen FIDjj en FIDj is via Fourier transformatie een frequentiespectrum 15 van de in het geselecteerde volume 3 aanwezige materie te bepalen. Natuurlijk is het genoemde frequentiespectrum ook te bepalen uit het verschil tussen de Fouriergetransformeerden van de signalen FIDj- en FIDn.The following has been achieved with the previous measuring cycle. The signal FIDjj contains signals from the whole with the 90 ° r.f. pulse 35 Pjj excited object 0, which is indicated with the left-most image in fig. 1b. In the first measuring cycle Tj, nuclear spins with the selective 180 ° r.f. pulse P ^ q inverted in a volume £ (a layer 95 Ö 2 2 0 5 ΡΗΝ 11459 5 or slice) of the object 0. After excitation of the whole object £ by the non-selective 90 ° r.f. pulse PgQ-j will also receive 0 signals from the whole object, but the signals from the inverted nuclear spins in the selected layer 3 will have a signal of opposite sign. In the middle image, the selected layer S is marked and provided with a - sign, while the matter outside the selected layer 3 is marked with a + sign. It can now be seen that by subtracting the signal FIDt from the signal FIDDj, only a signal remains which has only been generated by the selected volume 3 (and is twice as large in amplitude as in the case that nuclear spins from that volume alone, which is favorable for the signal-to-noise ratio). this difference signal between the two resonance signals FIDjj and FIDj can be determined via Fourier transform to a frequency spectrum 15 of the matter present in the selected volume 3. Of course, the mentioned frequency spectrum can also be determined from the difference between the Fourier transforms of the signals FIDj and FIDn.

In fig. 2a, b, c, d en e is op schematische wijze een 20 verdere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding weergegeven. Met de aan de hand van de figuren 1a en 1b beschreven werkwijze is het mogelijk om resonantiesignalen uit een laag op een willekeurige plaats in een 3-dimensionaal lichaam te meten. Met de in fig. 2 at/m e geschetste werkwijze is het mogelijk van een langwerpig 25 (staafvormig) volume met een kleine doorsnede dat op een willekeurige plaats in een 3-dimensionaal object, resonantiesignalen te meten. De meetcyclus bevat nu vier perioden M1, M2, M3, M4 en zal aan de hand van fig. 2a worden beschreven. De periode M1 komt overeen met de meetperiode Tjj uit fig. 1a. Tijdens periode M1 zijn geen gradientmagneetvelden 30 Gx, Gy of Gz ingeschakeld hetgeen in de tabel van fig. 2a met (0, 0, 0) is aangeduid. De tweede periode M2 komt overeen met de combinatie van de voorbereidende periode tv en de meetperiode Tj, waarbij tijdens de voorbereidende periode tv het gradientmagneetveld Gy en een bijbehorende selective 180° r.f. puls wordt opgewekt. In de tabel van 35 fig. 2a is dit met (0, 1, 0) aangeduid. De derde periode M3 is nagenoeg gelijk aan de tweede periode M2, waarbij in plaats van het gradientmeetveld Gy het gradientmeetveld Gx wordt ingeschakeld. In de *502205 * PHN 11.459 6 tabel is dit met (1, O, 0) aangegeven. De vierde periode M4 wijkt in zoverre van de periodes M3 en M2 af, dat in de voorbereidende periode tv ervan eerst het ene gradientmagneetveld (b.v. Gx) enige tijd en daarna het andere gradientmagneetveld (Gy) enige tijd wordt 5 ingeschakeld, waarbij bij zowel bij aanwezigheid van het ene (Gx) als het andere gradientmagneet-veld (Gy) een selectieve 180° r.f. puls wordt opgewekt.Figures 2a, b, c, d and e schematically show a further embodiment of a method according to the invention. With the method described with reference to Figures 1a and 1b it is possible to measure resonance signals from a layer at any location in a 3-dimensional body. With the method outlined in Figs. 2 to e it is possible to measure resonance signals from an elongated (rod-shaped) volume with a small cross-section, which can be located anywhere in a 3-dimensional object. The measurement cycle now includes four periods M1, M2, M3, M4 and will be described with reference to Fig. 2a. The period M1 corresponds to the measuring period Tjj from Fig. 1a. During period M1 no gradient magnetic fields 30 Gx, Gy or Gz are switched on, which is indicated by (0, 0, 0) in the table of Fig. 2a. The second period M2 corresponds to the combination of the preparatory period tv and the measuring period Tj, wherein during the preparatory period tv the gradient magnetic field Gy and an associated selective 180 ° r.f. pulse is generated. In the table of Fig. 2a this is indicated by (0, 1, 0). The third period M3 is almost the same as the second period M2, whereby the gradient measuring field Gx is switched on instead of the gradient measuring field Gy. In the * 502205 * PHN 11.459 6 table this is indicated with (1, 0, 0). The fourth period M4 deviates from the periods M3 and M2 in that in its preparatory period tv first one gradient magnetic field (eg Gx) is switched on for some time and then the other gradient magnetic field (Gy) is switched on for some time, whereby at both presence of one (Gx) as the other gradient magnetic field (Gy) a selective 180 ° rf pulse is generated.

In de eerste periode M1 wordt een resonantiesignaal f1 (FID signaal) gemeten, dat door kernspins uit het gehele object £ 10 wordt opgewekt. In fig. 2b is dit (in analogon naar fig. 1b) weergegeven. Duidelijk zal zijn, dat door het toepassen van het gradientmagneetveld Gy resp. Gx en een selectieve 180° r.f. puls bij de periode M2 respektievelijk M3 de kernspins in een geselecteerde y-laag respektievelijk x-rlaag zijn geïnverteerd en derhalve een negatieve 15 bijdrage aan te meten resonantiesignaal f2 respektievelijk f3 zullen leveren. Het voorgaande is schematisch in de figuren 2c en 2d weergegeven, waarbij in fig. 2c een y-laag en in fig. 2d een x-laag S2 van een - teken en de omliggende delen van het object Q. van een + teken zijn voorzien. In fig. 2e is het resultaat van een meting in 20 de periode M4 weergegeven. Met een eerste selectieve 180° puls tijdens het aanwezig zijn van een gradientmagneetveld (b.v. Gy) worden de kernspins in een eerste laag (b.v. S-j) geinverteed, waarna door de tweede selectieve 180° puls (b'ij aanwezigheid van het gradientmagneetveld Gx) de kernspins in een x-laag (¾) worden 25 geïnverteerd. Het resultaat is dat in de doorsnijding van de y- en de x-laag £.j en S2 de kernspins een rotatie van 360° hebben gemaakt weer "rechtop" staan. De kernspins in de doorsnede van S^en S2leveren dus nu een positieve bijdrage en de kernspins in de overige delen van de genoemde lagen S-j en i2 leveren een 30 negatieve bijdrage aan een in de vierde periode M4 te meten resonantiesignaal f4.In the first period M1, a resonance signal f1 (FID signal) is measured, which is generated by nuclear spins from the entire object £ 10. This is shown in fig. 2b (in analogy to fig. 1b). It will be clear that by applying the gradient magnetic field Gy resp. Gx and a selective 180 ° r.f. at the period M2 and M3 respectively, the nuclear spins have been inverted in a selected y-layer and x-r-layer, respectively, and will therefore make a negative contribution to the resonance signal f2 and f3, respectively, to be measured. The foregoing is schematically shown in Figures 2c and 2d, in which in Figure 2c a y-layer and in Figure 2d an x-layer S2 have a - sign and the surrounding parts of the object Q. have a + sign. . Fig. 2e shows the result of a measurement in the period M4. With a first selective 180 ° pulse while a gradient magnetic field (eg Gy) is present, the nuclear spins are inverted in a first layer (eg Sj), after which the second selective 180 ° pulse (in the presence of the gradient magnetic field Gx) core spins in an x layer (¾) are inverted. The result is that in the intersection of the y and x layers £ .j and S2 the core spins have made a 360 ° rotation again "upright". The nuclear spins in the cross section of S1 and S2 therefore now make a positive contribution and the nuclear spins in the other parts of the aforementioned layers S1 and I2 make a negative contribution to a resonance signal f4 to be measured in the fourth period M4.

Nu is in te zien dat uit de vier resonantiesignalen f1, f2, f3 en f4 een verschilsignaal is af te leiden, dat evenredig is met het signaal Δ f dat zou worden verkregen, indien alleen de doorsnijding 35 van de lagen S-j en S2 zou worden geexciteerd: Δ f = (f 1 -f2) -(f3-f4).Het signaal ^f is zelf vier maal zo groot als het resonantiesignaal dat bij excitatie van de doorsnede alleen zou worden 8302205 ***,«,—~·ίΓ:-.It can now be seen that from the four resonance signals f1, f2, f3 and f4 a difference signal can be derived, which is proportional to the signal Δf that would be obtained if only the intersection of the layers Sj and S2 were obtained. excited: Δ f = (f 1 -f2) - (f3-f4). The signal ^ f is itself four times as large as the resonance signal that would only become 8302205 ***, «, - ~ · ίΓ: -.

ΡΗΝ 11.459 7 opgewekt, hetgeen gunstig is voor de signaal/ruis verhouding..4 11.459 7 generated, which is favorable for the signal-to-noise ratio.

Uiteraard is ook hiervan elk resonantiesignaal f1, f2, f3, f4 de Fourier getransformeerde F1, F2, F3, F4 te bepalen, zodat het spectrum F van het geselecteerde volume (de doorsnijding van de lagen 5 Si en S2) daaruit te bepalen is AF = (F1-F2) - (F3-F4) in plaats van het bepalen van de Fourier getransformeerde van het verschilsignaal Af.Of course, also of this each resonance signal f1, f2, f3, f4 the Fourier transformed F1, F2, F3, F4 can be determined, so that the spectrum F of the selected volume (the intersection of the layers 5 Si and S2) can be determined therefrom. = (F1-F2) - (F3-F4) instead of determining the Fourier transformed from the difference signal Af.

Uit het voorgaande valt te begrijpen, dat op een soortgelijke wijze van een begrensd-drie diemensionaal volume (kleine 10 "kubus": orde grootte: ram tot cm ) in een groot object een frequentiespectrum is te bepalen, dat niet door materie buiten het geselecteerde volume wordt beinvloed. In fig. 3 is een tabel weergegeven, waarin is aangegeven gedurende welke periode M1, M2 ... M8 welk of welke gradientmagneet-velden) Gx, Gy en/of Gz worden 15 ingeschakeld. Hierbij is op te merken dat de perioden M1, M2, M3 en M4 overeenstemmen met de perioden M1, M2, M3 en M4 zoals die bij de werkwijze volgens de uitvinding bij fig. 2a zijn beschreven. Het zal duidelijk zijn dat in periode M5 (fig. 3, M5: 0,0,1) het gradientmagneetveld Gz tijdens de voorbereidingstijd tv wordt 20 ingeschakeld (zie fig. 1a), waarbij een selectieve 180° r.f. puls wordt opgewekt, waarna na een niet selectieve 90° r.f. puls het resonantiesignaal f5 (FID signaal) wordt gemeten. In de perioden M6 en M7 worden de gradientmagneetvelden Gx en Gz respektievelijk Gy en Gz na elkaar gedurende de voorbereidingstijd tv ingeschakeld (elk met 25 bijbehorende selektieve 180° r.f. puls). In de periode M8 (fig. 3; M8: 1,1,1) worden de gradientvelden Gx, Gy en Gz gedurende de voorbereidingstijd tv na elkaar ingeschakeld (met bijbehorende 180° r.f. pulsen). Het is aan te tonen dat uit de gemeten resonantiesignalen f1, f2, ...f8 uit de acht perioden M1, M2, M3 ...M8 een verschilsignaal 30 Af te berekenen is: Af = f 1-f2-f3+f4-f5+f6+f7-f8, dat alleen van de kernspinsignalen afhangt, die worden opgewekt uit.het 3-D volume, dat door de doorsnijding van de drie met de 180° pulsen en de magneetveld-gradienten Gx, Gy en Gz geselecteerde x-, y- en z-laag in een te onderzoeken object is bepaald. Na Fourier transformatie van het verschil-35 signaal A f is het frequentiespectrum AF van het indirekt geselecteerde volume beschikbaar. Uiteraard kan het frequentiespectrum AF ook worden bepaald door de Fouriertransformaties van de acht signalen f1, f2- .From the foregoing, it can be understood that in a similar manner of a bounded-three-dimensional volume (small 10 "cube": order size: ram to cm) in a large object a frequency spectrum can be determined, which cannot be determined by matter outside the selected volume is affected. Fig. 3 shows a table in which it is indicated during which period M1, M2 ... M8 which or which gradient magnetic fields Gx, Gy and / or Gz are switched on. It should be noted that the periods M1, M2, M3 and M4 correspond to the periods M1, M2, M3 and M4 as described in Fig. 2a in the method according to the invention. It will be clear that in period M5 (fig. 3, M5: 0,0,1) the gradient magnetic field Gz is switched on during the preparation time tv (see fig. 1a), whereby a selective 180 ° r.f. pulse is generated, after which after a non-selective 90 ° r.f. pulse the resonance signal f5 (FID signal) is measured. In periods M6 and M7, the gradient magnetic fields Gx and Gz and Gy and Gz are switched on one after the other during the preparation time tv (each with 25 associated selective 180 ° r.f. pulse). In the period M8 (fig. 3; M8: 1,1,1), the gradient fields Gx, Gy and Gz are switched on one after the other during the preparation time tv (with corresponding 180 ° r.f. pulses). It can be demonstrated that a difference signal 30 Af can be calculated from the measured resonance signals f1, f2, ... f8 from the eight periods M1, M2, M3 ... M8: Af = f 1-f2-f3 + f4- f5 + f6 + f7-f8, which depends only on the nuclear spin signals, which are generated from the 3-D volume, which x selected by the intersection of the three with the 180 ° pulses and the magnetic field gradients Gx, Gy and Gz -, y- and z-layer in an object to be examined has been determined. After Fourier transform of the difference signal A f, the frequency spectrum AF of the indirectly selected volume is available. Of course, the frequency spectrum AF can also be determined by the Fourier transforms of the eight signals f1, f2-.

';)2 2 0 5 PHN 11.459 8 ...f8 bij elkaar te voegen F = F1-F2-F3+F4-F5+F6+F7-F8, waarbij F1, F2 ...F8 de Fouriertransformatie van het signaal f1, f2, ...f8 is. Opgemerkt wordt dat het verschilsignaal f acht maal zo sterk is als het signaal, dat zou worden gemeten, indien alleen het gewenste volume 5 wordt geexciteerd.';) 2 2 0 5 PHN 11.459 8 ... f8 to be merged F = F1-F2-F3 + F4-F5 + F6 + F7-F8, where F1, F2 ... F8 is the Fourier transform of the signal f1 , f2, ... f8. It is noted that the difference signal f is eight times as strong as the signal which would be measured if only the desired volume 5 is excited.

• Opgemerkt dient te worden dat modificaties van de voorgaande beschreven werkwijze mogelijk zijn, zonder buiten het principe van de uitvinding te treden. Zo is het mogelijk om na een periode M1 (zie fig. 2a of fig. 3) in een daarop volgende periode tv 10 tegelijk twee gradientvelden (b.v..Gx en Gy) in te schakelen en daarbij een selectieve 180° r.f. puls op te wekken. De kernspins in een volume, dat begrensd wordt door vlakken parallel aan de z-as, die door (xQl 0),(yo,0) en (-x0, 0), (O, -yQ) gaan, worden geïnverteerd.It should be noted that modifications of the foregoing described method are possible without departing from the principle of the invention. It is thus possible, after a period M1 (see fig. 2a or fig. 3), to switch on two gradient fields (e.g. Gx and Gy) simultaneously in a subsequent period tv 10 and thereby selectively select 180 ° r.f. to generate a pulse. The nuclear spins in a volume, bounded by planes parallel to the z axis, passing through (xQl 0), (yo, 0) and (-x0,0), (0, -yQ) are inverted.

Door het daarna op te wekken resonantiesignaal af te trekken van het 15 signaal f1 uit periode M1, wordt het verschilsignaal gevonden voor het hiervoor aangeduide volume. Echter is dit volume afwijkend van het volume dat met de werkwijze bij fig. 2a t/m 2 is bemeten (vergelijk: het volume tussen de vlakken parallel aan de z-as, die door de coördinaten (v y05' (~xo' yo^ en <xo' ~yo^' (~xo» 3aan en het 20 volume bepaald door de hierboven gegeven coördinaten).Subtracting the resonance signal to be generated thereafter from the signal f1 from period M1, the difference signal is found for the volume indicated above. However, this volume is different from the volume measured with the method in fig. 2a to 2 (compare: the volume between the planes parallel to the z-axis, which passes through the coordinates (v y05 '(~ xo' yo ^ and <xo '~ yo ^' (~ xo »3aan and the volume determined by the coordinates given above).

as,?-J -*Λ *"·as,? - J - * Λ * "·

Claims

1. Method for determining a frequency spectrum of nuclear spin resonance signals in a selected volume of a body, said volume being in a static uniform magnetic field and excited with high-frequency electromagnetic pulses in the presence of a gradient magnetic field to obtain a nuclear magnetic resonance signal (FID signal), from which the frequency spectrum of nuclear spins present in said volume is derived, with the characteristic that the signal, which determines the frequency spectrum, is derived from differences of at least two separate resonance signals or from their Fourier transforms, whereby a resonance signal is measured after excitation with a (broadband) 90 ° rf pulse and another resonance signal after a selective 180 ° r.f. pulse in the presence of a gradient magnetic field and after switching off the gradient magnetic field and after generating a (broadband) 90 ° 15 r.f. pulse is measured.

Method according to claim 1, characterized in that the signal is derived from four resonance signals, a first resonance signal being measured after excitation with a non-selective 90 ° r.f. pulse without any preparation, a second resonance-20 signal after a preparation with a gradient magnetic field with a gradient in a first direction and with a selective 180 ° r.f. pulse is measured after a subsequent non-selective 90 ° r.f. pulse, a third resonance signal after a preparation with a gradient magnetic field with a gradient in a second direction orthogonal to the first direction and with a selective 180 ° r.f. pulse is measured after a non-selective 90 ° r.f. pulse and a fourth resonance signal after preparation with the successive first and second gradient magnetic fields, with a selective 180 ° r.f. in the presence of each field. pulse is generated, after a non-selective 90 ° r.f. pulse is measured, and the first and fourth resonance signals make a positive contribution to the signal, while the second and third resonance signals make a negative 2 "1? V ^ V; r ~ Γ * · N „PHN 11.459 10 contribute.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the signal is derived from eight resonance signals, a resonance signal of which is measured after a non-selective 90 ° r.f. pulse 5 and the other seven resonance signals are measured after a non-selective 90 ° r.f. pulse following a preparation using three gradient magnetic fields with transverse gradients and for preparing the seven resonance signals in the seven different preparations 10, the first, the second, the third, the first and the second each other successively, the first and third successively, the second and third successively, and the first, second and third successively gradient magnetic field are respectively switched on, whereby at. presence of each gradient magnetic field a selective 180 ° r.f. 15 pulse is generated, the resonance signals without preparation or with a preparation, in which two 180 ° r.f. pulses are generated to make a positive contribution to the signal and the resonance signals with a preparation in which an odd number of 180 ° r.f. pulses are generated to make a negative contribution. 20

Method according to claim 1, characterized in that the gradient magnetic field is composed of at least two gradient magnetic fields, the gradient directions of which are oriented transversely to each other. 0 ft A · η -aj ^ v ~ '~