NL8601002A - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in deel van een lichaam. - Google Patents

Description

Jk, i PHN 11.729 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven,

Werkwijze en inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatiever-deling in deel van een lichaam.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een kernmagentisatieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij een homogeen stationair magneetveld wordt opgewekt, waarin het deel van het lichaam zicht bevindt, en 5 a) een hoogfrequente elektromagnetische puls wordt opgewekt voor het genereren van een resonantiesignaal, b) waarna na een voorbereidingstijd gedurende een meettijd van een opgewekt resonantiesignaal een aantal signaalmonsters wordt genomen, c) waarna de stappen a) en b) verscheidene malen worden herhaald voor 10 het verkrijgen van een groep signaalmonsters, waaruit na signaaltransformatie ervan een beeld van de verdeling van de kernmagnetisatie wordt bepaald.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een 15 lichaam, welke inrichting bevat a) middelen voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, b) middelen voor het opwekken van hoogfrequent elektromagnetische straling, waarvan de magnetische veldrichting loodrecht op de veldrichting van het homogeen magneetveld is gericht, 20 c) middelen voor het opwekken van een gradientmagneetveld, 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 signalen tot een beeld van de 25 kernmagnetisatieverdeling en f) besturingsmiddelen voor het besturen van ten minste de onder b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken conditioneren, bemonsteren en verwerken van een aantal resonantiesignalen.

Soortgelijke werkwijzen (ook wel Fourierzeugmatografie 30 genoemd) en inrichtingen zijn bekend uit het Amerikaans octrooi US-PS 4.070.611 evenals uit de Nederlandse octrooiaanvrage 82.03519 en de Europese octrooiaanvrage nr. 074 022. Bij de genoemde werkwijzen treedt S3 0 i 0 02 ΡΗΝ 11.729 2 ΐ . <s de situatie op dat de opgewekte resonantiesignalen een groot dynamisch bereik hebben. Er wordt veel de zogenaamde kernspinechotechniek toegepast hetgeen tot voordeel heeft dat de magnetisaties van de kernspins op een bepaald tijdstip alle in fase zijn waardoor 5 signaalverlies ten gevolge van defaseringen binnen een beeldelement wordt voorkomen. Verder kunnen voordat de metingen worden uitgevoerd de gradientmagneetvelden precies worden afgeregeld. Wordt echter geen kernspinechotechniek toegepast dan blijkt pas achteraf of de gradientmagneetvelden goed zijn afgeregeld met als gevolg dat soms 10 metingen opnieuw gedaan moeten worden.

Een verder voordeel van de toepassing van een kernspinechotechniek is de mogelijkheid om het aantal metingen dat nodig is om het beeld te coderen met ongeveer de helft te verminderen. Een nadeel echter van de kernspinechotechniek is dat gedurende de metingen 15 de signalen zeer sterk in amplitude kunnen variëren. Om deze reden worden zeer hoge eisen gesteld aan het dynamisch bereik van de detectieapparatuur. Zo is het mogelijk dat bij metingen van behoorlijke voluminae (bijvoorbeeld een 10 cm dikke plak van het hoofd) bij hoge veldsterkten van bijvoorbeeld 0,5 tesla een dynamiekbereik van ongeveer 20 20 bits wordt geëist. Dit is zeer moeilijk realiseerbaar.

Het is het doel om in een werkwijze en in een inrichting te voorzien waarin aanzienlijk lichtere eisen kunnen worden gesteld aan het dynamisch bereik van de detectie-apparatuur, terwijl toch alle voordelen van de kernspinechotechniek en andere meettechnieken 25 gehandhaafd blijven.

Een werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat met behulp van een magneetveld een binnen de verdeling niet lineair verlopende defasering van geëxciteerde kernmagnetisaties wordt opgewekt en dat voor het bepalen van het beeld van de 30 kernmagnetisatieverdeling de aldus opgewekte plaatsafhankelijke defasering wordt gecompenseerd.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de inrichting verder middelen bevat voor het opwekken van een binnen de verdeling niet lineair verlopende defasering van 35 geëxciteerde kernmagnetiesaties en voorts middelen bevat voor het compenseren van die defasering.

In het geval dat de te bepalen verdeling een «5 c* is, .·' λ Q v v . -.j *· * PHN 11.729 3 plaatsafhankelijke verdeling is (bijvoorbeeld een twee dimensionale dichtheidsverdeling) dan dient de niet lineaire defasering plaatsafhankelijk te zijn. Is de te bepalen verdeling een spectroscopieverdeling dan zal de niet lineaire defasering binnen het 5 spectrum worden aangebracht en dus frequentie-afhankelijk zijn.

Uiteraard is een combinatie van beide mogelijkheden ook realiseerbaar.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat gedurende de voorbereidingstijd een inhomogeen, niet lineair plaatsafhankelijk extra magneetveld wordt 10 aangelegd.

In de voorgestelde werkwijze wordt gedurende de voorbereidingstijd tussen excitatie en meettijd, waarin de detectie van het resonantiesignaal plaatsvindt, een bewuste veldinhomogeniteit aangebracht op een zodanige manier dat op het moment waarop zonder deze 15 veldinhomogeniteit een maximum resonantiesignaal zou optreden, bijvoorbeeld een echosignaal bij kernspinechotechniek, de magnetisaties van de beeldelementen onderling uit fase zijn. Er moet echter voor worden gezorgd dat binnen een beeldelement geen te sterke defasering optreedt. Bij een beeldmatrix van η x n beeldelementen en een wille- 20 keurige oriëntatie van de magnetisaties van de beeldelementen neemt de signaalsterkte van het resonantiesignaal dan af met */n x n1 = n. Voor 7 n=128 (= 2 ) betekent dit een reductie in de signaaldynamiek met 7 bits.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de 25 uitvinding heeft tot kenmerk, dat de sterkte van het extra magneetveld wordt opgewekt met ten minste een van drie extra deelmagneetvelden, die elk van een van drie onderling loodrecht op elkaar staande richtingscoordinaten afhankelijk zijn. Volgens de voeringsvorm is het wenselijk dat de aangebrachte inhomogeniteiten van het extra magneetveld 30 niet de vorm hebben van een lineaire gradient (dat wil zeggen de inhomogeniteit is evenredig met x, y, z of lineaire combinaties van x, y, z), omdat dan het optreden van een grote signaalsterkte van het resonantiesignaal naar een ander tijdstip wordt verschoven. De aangelegde inhomogeniteit dient dus te bestaan uit hogere orde 35 componenten. Het is ook mogelijk om van de bestaande inhomogeniteiten in het reeds beschikbare stationaire magneetveld gebruik te maken. Echter heeft dit het bezwaar dat de afregeling van de gradientmagneetvelden dan 8: ·; .

* ΐ PHN 11.729 4 een moeizame procedure wordt. Worden extra inhomogeniteiten gebruikt die gegenereerd worden met daarvoor aangebrachte extra middelen dan treedt dit probleem niet op. Het is dan immers mogelijk de gradientmagneetvelden af te regelen, terwijl de spoelen voor het 5 opwekken van het niet-lineaire extra magneetveld niet bekrachtigd zijn. Pas in de uiteindelijke metingen wordt dan voor de signaaldetectie de genoemde extra magneetveld inhomogeniteiten gegenereerd. Tijdens signaaldetectie zijn de extra middelen evenmin aktief zodat daardoor geen beeldvervorming of onscherpte kan ontstaan.

10 In het algemeen vervalt bij de bovengenoemde werkwijze de mogelijkheid om in Fourierzeugmatografie (zie 'Nederlandse octrooiaanvrage 82.03519) het aantal metingen met ongeveer de helft te reduceren. Wordt bij een uitvoeringsvorm van de werkwijze echter een zodanig plaatsafhankelijke niet lineair extra magneetveld gebruikt 15 waarvan de veldsterkte slechts van een coördinaatrichting afhangt dan kan toch met de helft van het aantal gegevens worden volstaan. In de praktijk wordt het experiment dan zo uitgevoerd dat dit ook een reductie met de faktor 2 van het aantal metingen betekent. Een voorbeeld hiervan is een tweedimensionaal Fourierzeugmatografie-experiment waarin een 20 object in het xy-vlak in beeld wordt gebracht door de magnetisaties na excitatie met een gradientmagneetveld Gy in de inrichting een fasehoek evenredig met de y-coördinaat mee te geven (afgezien van de genoemde niet-lineaire defasering), en daarna het MRI-signaal te detecteren in aanwezigheid van een gradiënt Gx in de x-richting. Voor een resolutie 25 van n-deelpunten in de y-richting moet dit schema in het algemeen n maal worden herhaald, echter met een steeds verschillende sterkte van de tijdsintegraal van het gradientmagneetveld Gy. Wordt nu in een uitvoeringsvorm van de werkwijze een niet-lineair extra magneetveld toegepast dat alleen van de x-coördinaat afhangt dan zijn een aantal 30 herhalingen gelijk aan - + 1 als n even is of gelijk aan tj+1 .2 , als n oneven is voldoende om een volledig beeld te bepalen.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat een toegepaste hoogfrequent puls een 35 niet lineair verlopend fasespectrum heeft.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat de gradientrichting van een tijdens de 8601002 # ·% PHN 11.729 5 hoogfrequent echopuls met een niet-lineair verlopend fasespectrum aanwezig gradientmagneetveld samenvalt met de gradientrichting van een tijdens de meettijd aan de leggen lineair gradientmagneetveld. Bij de werkwijze volgens de voorkeursuitvoeringsvorm blijft de mogelijkheid 5 behouden om bij gebruik van (3-D) Fourierzeugmatografie het aantal meetcycli tot (ongeveer) de helft te reduceren op de op zich bekende wijze. Het voorgaande is duidelijk gegeven het feit dat na het meten en Fourier transformeren van de signaalmonsters uit een meetcyclus de aangebrachte (niet lineair) plaatsafhankelijke defasering te compenseren 10 is, waardoor een spectrum wordt verkregen dat hetzelfde is als dat spectrum dat zonder het aanbrengen van de plaatsafhankelijke defasering zou zijn gemeten.

In het geval voor 3-D-Fourierzeugmatografie is het nuttig de keraspins op een niet lineaire wijze een in twee onderling loodrechte 15 richtingen plaatsafhankelijk te defaseren. Om dit te realiseren, hebben zowel de 90° excitatiepuls als de eerste daaropvolgende 180° (refocusseringspuls) echopuls een niet lineair verlopende frequentiekarakteristiek. Een bij de 90° excitatiepuls aanwezig lineair gradientmagneetveld heeft een gradientrichting, die loodrecht 20 staat op de gradientrichting van het bij de echopuls aanwezige lineaire gradientmagneetveld.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding verloopt als volgt. In een eerste meetcyclus worden geen voorbereidingsgradientvelden ingeschakeld. De Fouriertransformatie van 25 het bemonsterde resonantiesignaal levert een complex spectrum van frequentie-elementen op, waarin per freguentie-element de fase bepaald wordt. Deze fase is afgezien van een mogelijke constante fasefout <pO, die veroorzaakt wordt door een onjuiste instelling van de detectorinrichting, volledig bepaald door de van te voren gegeven 30 (plaatsafhankelijke) defasering. De berekende fasehoeken van het gemeten resonantiesignaal worden in een geheugen opgeslagen. Hierna kunnen de opgeslagen fasehoeken op twee manieren worden verwerkt. In een eerste manier wordt op alle metingen na Fouriertransformatie ervan een fasecorrectie toegepast overeenkomstig de in het geheugen opgeslagen 35 fasehoeken. Bij de tweede manier wordt de Fouriertransformatie van alle metingen, dat wil zeggen Fouriertransformatie van de rijen, gevolgd door een Fouriertransformatie van de punten uit diverse metingen maar j? Λ ·? Art .*>

O w V : V J

PHN 11.729 6 behorend bij dezelfde frequentie (dat wil zeggen Fouriertransformatie van de kolommen), waarna na toepassing van dit 2-D-Fouriertransformatie-algorithme een fasecorrectie wordt toegepast per beeldelement op het reeds dan bepaalde voorlopige beeld. Dit gebeurt overeenkomstig de in 5 het geheugen opgeslagen fasehoeken. De correctie is dan een fasedraaiing die per kolom constant is hetgeen betekent dat deze alleen van bijvoorbeeld de x-coördinaat afhangt. Pas na de nodige fasedraaiing in elk beeldelement is het gewenste beeld gerealiseerd.

Bij het toepassen van een niet lineair extra magneetveld, dat slechts 10 van één coördinaat afhangt, is echter een geringere signaalsterkte-reductie bereikt. Bij· een η x n matrix zal de signaalsterkte in het gunstigste geval slechts met 'fn*in plaats van ‘/iTx n afnemen.

Γη het geval dat de plaatsafhankelijke defasering zowel van de coördinaat x als van y afhangt, is na reconstructie uit het 15 reële en het complexe voorlopige beeld per beeldelement de fasedraaing te bepalen en hiervoor te corrigeren. Eventueel wordt van tevoren de fasecorrectie in een ijkmeting bepaald en wordt deze in een computergeheugen opgeslagen. Opgemerkt wordt dat de werkwijze op ieder willekeurig geöriënteerd vlak kan worden toegepast, hetgeen zijn 20 invloed: op het nut van het opslaan van fasecorrecties heeft. In het geval dat een driedimensionaal beeld wordt bepaald, is een werkwijze volgens de uitvinding als volgt. Aangenomen wordt dat het signaal gemeten wordt in aanwezigheid van een gradientmagneetveld Gx en dat de gradientmagneetvelden Gy en Gz als voorbereidingsgradienten worden 25 geschakeld. Bij het meten van een nx x ny x nz matrix wordt de signaalsterkte in het ideale geval dat de magnetisaties onderling willekeurig geöriënteerd worden met behulp van de plaatsafhankelijke defasering met een faktor gelijk aan /nx^x ny x nz1 gereduceerd. Bij de reconstructie van het driedimensionaal beeld wordt nu na de 3-D-30 Fouriertransformatie per volume-element voor de aangebrachte plaatsafhankelijke defasering en eventueel ook voor de constante detectorfasehoek ¢0 een correctie uitgevoerd.

Het is ook in drie-dimensionale geval mogelijk met ongeveer de helft van het aantal metingen te volstaan. Dan is het echter 35 noodzakelijk dat de plaatsafhankelijke defasering dan slechts van twee coördinaten afhangt. Zo kan bijvoorbeeld de plaatsafhankelijke defasering alleen van de x- en z-coördinaat afhangen waarbij dan de «3 n {\ «3 n A

PHN 11.729 7 cyclus, die in de meting wordt gevolgd zodanig is dat het gradientmagneetveld Gy de helft van diens aantal waarden doorloopt. Na 3-D-Fouriertransformatie wordt dan de bewust aangebrachte fasefout gecorrigeerd die slechts van de x- en z-coördinaat afhankelijk is.

5 Deze correctie kan ook uitgevoerd worden voordat de Fouriertransformatie die de beeldgegevens als funktie van de de y-coördinaat opleverd is toegepast. De reductie in signaalsterkte is nu in het ideale geval de factor gelijk aan /nx x nz’, dus kleiner dan de toepassing van veldinhomogeniteiten in drie richtingen.

10 Het zal duidelijk zijn dat, hoewel de uitvinding steeds aan de hand van de bekende Fourierzeugmatografie is toegelicht, de uitvinding ook toepasbaar is bij andere beeldreconstructiewijzen waarbij van kernspinresonantiesignalen gebruik wordt gemaakt, zoals bijvoorbeeld projektiereconstructiemethodes (zie bijvoorbeeld. Philips Technisch 15 Tijdschrift, jaargang 41, nr. 3, 1983, pagina·'s 73—89> en bepalingen van spectroscopieverdelingen.

Een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft· het kenmerk, dat de middelen voor het opwekken van een binnen de verdeling niet lineair verlopende defasering spoelen voor het 20 opwekken van een niet lineair plaatsafhankelijk extra magneetveld bevatten. Een dergelijke inrichting heeft het voordeel, dat dynamiek reductie van het te meten kernspinresonantiesignaal realiseerbaar is, waarbij de niet lineair verlopende defasering door spoelen wordt bewerkstelligd, die van de voor de op zich bekende MRI-metingen nodige 25 middelen onafhankelijk zijn, waardoor de laatstgenoemde middelen op de op zich bekende wijze(n) kunnen worden ingesteld en gebruikt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de inrichting radiofrequente middelen bevat voor het opwekken van hoogfrequent pulsen met een niet 30 lineair fasespectrum, waarbij de hoogfrequent middelen een enkelzijband modulator bevatten. Ook bij de voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting bestaat het voordeel, dat de voor de op zich bekende MRI-metingen nodige middelen onafhankelijk van de niet lineair verlopende (plaats- of frequentie-afhankelijke) defasering teweegbrengende 35 radiofrequente middelen kunnen worden ingesteld en gebruikt. Aan de radiofrequente middelen kunnen velerlei stuursignalen worden toegevoerd, zodat verschillende gewenste spectra met al dan niet een niet lineair $;(]·! λ > W ^ ‘j l - .Λ PHN 11.729 8 verlopende fasekarakteristiek kunnen worden opgewekt.

Een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de inrichting geheugenmiddelen bevat voor het opslaan van waarden voor het compenseren van de defaseringen.

5 Een dergelijke inrichting heeft het voordeel, dat niet steeds opnieuw de waarden voor het compenseren van de defaseringen moeten worden uitgerekend, hetgeen een snellere verwerking van gegevens en een snellere realisering van een beeld mogelijk maakt.

Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de 10 uitvinding heeft het kenmerk, dat de geheugenmiddelen voor het opslaan van de compensatiewaarden een aantal geheugenplaatsen bevatten, dat gelijk is aan het aantal beeldelementen in een dimensierichting van een meerdimensionaal beeld. Deze uitvoeringsvorm heeft het voordeel, dat met een relatief geringe omvang van het geheugen voor de compensatiewaarden 15 kan worden volstaan. Echter is het dan wel zo dat slechts in die ene dimensierichting een signaal-reductie-defasering aangebracht mag worden.

Er dient te worden opgemerkt dat het gebruik van een enkelzijband modulator op zich (onafhankelijk van de uitvinding) al· van voordeel is, omdat deze bij diverse meetmethodieken bijvoorbeeld bij 20 spectroscopie en bij "multiple slice" met nut kan worden ingezet.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven voorbeelden, in welke tekening figuur 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergeeft, 25 figuur 2 een werkwijze volgens de uitvinding toont, figuren 3a en b grafieken van een hoogfrequent puls en diens frequentiekarakteristieken volgen de stand van de techniek toont, figuren 4a en b grafieken van een hoogfrequent puls en diens frequentiekarakteristiek volgens de uitvinding weergeeft en 30 figuur 5 op schematische wijze weergeeft hoe een hoogfrequent puls met een niet lineair verlopend fasespectrum is op te wekken.

In figuur 1 is op schematische wijze een inrichting volgens de uitvinding weergegeven, die een spoelenstelsel 20 ,een 35 spoelenstuurinrichting 21 die stroomgeneratoren bevat voor het aansturen van hoofdspoelen om een uniform stationair hoofdveld B0 op te wekken, en voor het aansturen van gradientmagneetspoelen voor het opwekken van het 8601002 PHN 11.729 9 lineaire gradientmagneetvelden. De inrichting 10 bevat verdere een hoogfrequent zend- en ontvanggedeelte 23 waarmee een hoogfrequentspoel wordt aangestuurd. De beide delen 21 en 23 worden bestuurd door een centrale bestuureenheid 21 die in het algemeen een computer zal 5 bevatten. De centrale bestuureenheid 21 stuurt verder een signaalbewerkings- en reproduktie-eenheid 21 , die meetsignalen ontvangt via de hoogfrequent zend- en ontvanginrichting 23. De werking van de inrichting 10 die is weergegeven in figuur 1 zal aan de hand van een meetschema volgens figuur 2 nader worden toegelicht.

10 Het bij wijze van voorbeelden in figuur 2 gegeven meetschema ofwel werkwijze omvat een aantal meetcycli, waarvan slechts één is weergegeven. De meetcyclus start met een hoogfrequent 90°- puls p1r waarna na een wachttijd tv1 met een hoogfrequent 180°-puls p2 de aagnetisaties van de geëxciteerde kernspins worden geïnverteerd 15 zodat na een wachttijd tv2 (tv2 = tv1) een echosginaal F2' wordt opgewekt. Over het algemeen zal gedurende de voorbereidingstijd tussen de 90°- en de 180°-puls p1 en p2 lineaire gradientmagneetvelden {omwille van de duidelijkheid niet in de figuren weergegeven) worden ingeschakeld voor het coderen van het te bemonsteren resonantiesignaal 20 F2'. Indien echter geen gradientmagneetvelden worden aangelegd, zal een resonantiesignaal (F2') ongestoord en met een maximale sterkte * optreden. Het ongestoord optreden van dat maximum betekent dat het resonantiesignaal een signaaldynamiek kan hebben van in de orde van grootte 2 . Het voorgaande betekent dat zeer hoge eisen gesteld 25 worden aan de ontvangstapparatuur 21 en vooral aan het analoog-digitaal-omzettergedeelte ervan.

Er wordt nu een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding gegeven waarmee deze grote signaaldynamiek wordt gereduceerd. Bij deze uitvoeringsvorm wordt na een 90°-puls p1, 30 waarmee een resonantiesignaal F1 wordt opgewekt, gedurende de voorbereidingstijd tv1 een niet lineair plaatsafhankelijke extra magneetveld E ingeschakeld. Dit niet-lineair verlopend extra magneetveld E veroorzaakt een extra plaatsafhankelijke defasering van de kernspins. Dit heeft tot gevolg dat na een 180°-puls P2 en na verstrijken van een 35 periode tv2 (= tv1) de kernspins op het moment van kernspinechotijdstip T niet allemaal in dezelfde richting een signaalbijdrage leveren en derhalve een resonantiesignaal F2 opwekken, waarvan de amplitude veel ö$ (VI ï ; v y j v · - J -j PHN 11.729 10 kleiner is dan het "ongestoorde" signaal F2'. In hoeverre een spreiding optreedt in de fase van de verschillende kernspins wordt bepaald door de sterkte van het niet-lineaire extra magneetveld E en door de tijd gedurende welke dat veld is ingeschakeld.

5 In figuur 2 is slechts één meetcyclus van de werkwijze volgens de uitvinding weergegeven. De werkwijze kan bijvoorbeeld meetcycli bevatten zoals die in het Europese octrooischrift 074 022 zijn beschreven, waarbij dan steeds gedurende de voorbereidingstijd tussen de p1 (90°) en de p2 (180°) 10 hoogfrequentpuls steeds hetzelfde niet-lineaire extra magneetveld wordt ingeschakeld. Uiteraard kan de uitvinding ook worden toegepast bij de werkwijzen zoals die in het Amerikaanse octrooi 4 070 611 of zoals in de Nederlandse octrooiaanvrage 82.03519 zijn beschreven.

Het niet lineaire verloop van de sterkte van het op te 15 wekken extra magneetveld E is bij voorkeur parabolisch. Het magneetveld E wordt met extra spoelen opgewekt, die aan de reeds nodig zijnde spoelen (hoofdveldspoel Bo, afstelspoelen, gradientspoelen, zend- (en ontvangst-) spoel(en) worden toegevoegd. Hoe de extra spoelen (niet apart in figuur 1 weergegeven) opgesteld dienen te worden ten opzichte 20 van een te onderzoeken object en welke vorm deze extra spoelen dienen te hebben, is te vernemen uit bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 3,199,021. Hoewel op deze literatuurplaats spoelen zijn beschreven, die worden gebruikt om juist niet-lineariteiten van een op te wekken homogeen, stationair magneetveld op te heffen, kunnen deze ook worden 25 toegepast om juist bewuste niet lineariteiten (hogere orde of parabloische) op te wekken. Verdere gegevens over het opwekken (compenseren) van niet lineair (hogere orde) verlopende magneetvelden zijn te vinden in het Amerikaanse octrooi 3,582,779 en in de Duitse octrooiaanvrage 19.46.059. Verder dient opgemerkt te worden, dat indien 30 zulke spoelen behalve de niet lineair verlopende magneetvelden ook lineair verlopende magneetvelden (bijvoorbeeld lineaire gradientmagneetvelden) opwekken, dan kunnen zulke velden weer met reeds aanwezige gradientspoelen op te wekken magneetvelden zonodig worden opgeheven of gecompenseerd.

35 In de figuren 3a en 3b zijn respektievelijk een hoogfrequent puls volgens de stand van de techniek en diens frequentiekarakteristiek weergegeven. De omhullende vorm van de S Ij i j PHN 11.729 11 hoogfrequent puls in figuur 3a heeft een Gauss-krommef waarover een sinc-functie heen is gelegd, zodanig dat het frequentiespectrum f, dat in figuur 3b is weergegeven, nagenoeg een rechthoekvorm met een amplitude S heeft. Voorgaande betekent dat met een zodanige puls in combinatie met 5 een gradientmagneetveld een relatief scherp begrensd volume van een object selectief exciteerbaar is. Zoals zichtbaar in figuur 3 is de fase Φ voor de vèrschillende frequenties f van het spectrum constant (bijvoorbeeld φ = 0). Het bijbehorende tijdsignaal is dus een reel signaal RE en het bijbehorende imaginaire deel IM is dan ook nul, 10 hetgeen in figuur 3a met een rechte streep is aangeduid.

In figuur 4a is een uitvoeringsvorm van een hoogfrequent puls volgens de uitvinding weergegeven, waarbij het signaal A1(t) de omhullende van de reële signaalcomponent RE en het signaal A2(t) de omhullende van de imaginaire signaalcomponent IM zijn. De 15 signalen A2(t) en A1(t) worden als volgt bepaald. In het frequentiedomein (zie figuur 4b) wordt een frequentiekarakteristiek gekozen,, waarvan het amplitudeverloop S(w) een benadering is van een rechthoek (in verband met de randdefinitie van een te exciteren of te beïnvloeden volume) en dus van de frequentiekarakteristiek uit figuur 20 3b. Bij deze frequentiekarakteristiek S(w) wordt een fasekarakteristiek tp(w) gekozen, die een parabolisch verloop heeft (het maximale faseverschil tussen een centrale hoekfrequentie Wo en een hoekfrequentie Wr “aan de rand* kan meer dan (vele malen) 2ïï bedragen en hangt af van de hoeveelheid defasering, die men in een beeldelement laat optreden).

25 Uit de gekozen karakteristieken S(w) en φ(w) uit de figuur 4b zijn met een op zich bekende rekenwijze de omhullenden A1(t) en A2(t) te bepalen. De omhullenden A1(t) en A2(t) worden gebruikt om met een hoogfrequent oscillator een hoogfrequent puls (bijvoorbeeld 90° puls; 180° puls) op te wekken, die een niet lineair faseverloop heeft binnen 30 de te bepalen verdeling.

De defasering mag binnen een beeldelement niet te groot -zijn, daar anders een te groot signaalverlies zal optreden. Uit te rekenen is dat de defasering binnen een beeldelement bij een parabolisch faseverloop binnen dat beeldelement maximaal 90° mag bedragen, indien 35 een signaalverlies van dat beeldelement van ongeveer 10% wordt geaccepteerd.

In figuur 5 is een voorkeursuitvoeringsvorm van een > - ‘V ; · . · , „ PHN 11.729 12 hoogfrequent oscillator 30 voor een inrichting 10 (figuur 1) volgens de uitvinding weergegeven. De hoogfrequent oscillator 30 bevat een constant-frequentie-oscillator 31 en een quadratuurmodulator, die een 90° fasedraaier 33,twee amplitude modulatoren 32 en 34 en een 5 optelschakeling 35 bevat. Het door de oscillator 31 opgewekte hoogfrequentsignaal (cos (ut) wordt via de 90° fasedraaier 33 aan de amplitude modulator 34 toegevoerd. De amplitude modulatoren 32 en 34 ontvangen de tijdsignalen AKt) respektievelijk A2(t), waarbij A1(t) en A2(t) het reële respektievelijk het imaginaire tijdsignaal zijn van de 10 Fouriergetransformeerde van de in het frequentiespectrum gekozen functie. De optelschakeling 35, die in dit geval slechts een verschilversterker hoeft te bevatten, ontvangt de uitgangssignalen van de twee modulatoren 32 en 34 en voegt de twee signalen samen. Het uitgangssignaal van de optelschakeling 35 is gelijk aan 15 S(t) * A1 cos <pt - A2(t) sin <pt.

* Re(A1(t) + iA2(t)) exp(iwt) en wordt aan de hoogfrequent spoel van het spoelenstelsel 20 (figuur 1) toegevoerd.

83 0 1

Claims (20)

1. Werkwijze voor het bepalen van een kernmagentisatieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij een homogeen, stationair magneetveld wordt opgewekt, waarin het deel van het lichaam zicht bevindt, en 5 a} een hoogfrequente elektromagnetische puls wordt opgewekt voor het genereren van een resonantiesignaal, b) waarna na een voorbereidingstijd gedurende een meettijd van een opgewekt resonantiesignaal een aantal signaalmonsters wordt genomen, c) waarna de stappen a) en b) verscheidene malen worden herhaald voor 10 het verkrijgen van een groep signaalmonsters, waaruit door signaaltransformatie een beeld van de verdeling van de kernmagnetisatie wordt bepaald, met het kenmerk, dat met behulp van een magneetveld een binnen de verdeling niet lineair verlopende defasering van geëxciteerde 15 kernmagnetisaties wordt opgewekt en dat voor het bepalen van het beeld van de kernmagnetisatieverdeling de aldus opgewekte niet lineair verlopende defasering wordt gecompenseerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdeling van plaatsafhankelijke verdeling en dat de defasering niet 20 lineair van de plaatsafhankelijk is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdeling van een spectroscopieverdeling en dat de defasering niet lineair van de frequentie afhankelijk is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat 25 gedurende de voorbereidingstijd een inhomogeen, niet lineair plaatsafhankelijk extra magneetveld wordt aangelegd.

4 ·* -β. ΡΗΝ 11.729 13

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de sterkte van het extra gradientmagneetveld wordt opgewekt met ten minste een van drie extra deelmagneetvelden, die elk van een van drie onderling 30 loodrecht op elkaar staande richtingscoördinaten afhankelijk zijn.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de sterkte van elk extra deelmagneetveld een parabolisch verloop heeft.

7. Werkwijze volgens conclusie 1 of 3, met het kenmerk, dat een toegepaste hoogfrequent puls een niet lineair verlopend fasespectrum 35 heeft.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoogfrequent puls met het niet lineair verlopend fasespectrum een Vw \} V 3 v K> Sm ·*ν- PHN 11.729 14 echopuls is.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoogfrequentpuls met het niet lineair verlopende fasespectrum een excitatiepuls is.

10. Werkwijze volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat tijdens de echopuls of excitatiepuls een gradientmagneetveld wordt aangelegd.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de gradientrichting van het tijdens de hoogfrequent excitatiepuls en/of 10 echopuls aanwezige gradientmagneetveld samenvalt met de gradientrichting van een tijdens de meettijd aan te leggen gradientmagneetveld.

12. Werkwijze volgens conclusie 7, 8, 9, 10 of 11, met het kenmerk, dat zowel een excitatiepuls als een eerste daarop volgende echopuls een niet lineair verlopend fasespectrum hebben, waarbij een 15 gradientrichting van een bij de excitatiepuls aanwezig gradientveld loodrecht staat op de gradientrichting van een tijdens de echopuls aanwezig gradientveld.

13. Werkwijze volgens conclusie 7, 8, 9, 10, 11 of 12, met het kenmerk, dat dat het niet lineair verlopend fasespectrum parabolisch 20 verloopt.

14. 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 magneetveld, 25 b) middelen voor het opwekken van een hoogfrequent elektromagnetische straling, waarvan de magnetische veldrichting loodrecht op de veldrichting van het homogeen magneetveld is gericht, c) middelen voor het opwekken van een gradientmagneetveld, d) bemonsteringsmiddelen voor het bemonsteren van een met de onder a) en 30 b) genoemde middelen opgewekt resonantiesignaal, e) verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de door de bemonsteringsmiddelen geleverde signalen tot een beeld van de kernmagnetisatieverdeling en f) besturingsmiddelen voor het besturen van ten minste de onder b) tot 35 en met e) genoemde middelen voor het opwekken conditioneren, bemonsteren en verwerken van een aantal resonantiesignalen, met het kenmerk, dat de inrichting verder middelen bevat voor het n ' a* aJ W - · PHN 11.729 15 opwekken van een binnen de verdeling niet lineair verlopende defasering van geëxciteerde kernmagnetisaties en voorts middelen bevat voor het compenseren van die defasering.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de 5 middelen voor het opwekken van een binnen de kernmagnetisatieverdeling niet lineair verlopende defasering ten minste een spoel bevat voor het opwekken van een niet lineair plaatsafhankelijk extra magneetveld.

16. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de inrichting radiofrequente middelen bevat voor het opwekken van 10 hoogfrequent pulsen met een niet lineair verlopend fasespectrum.

17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de hoogfrequent middelen een enkelzijband modulator bevatten.

18. Inrichting volgens conclusie 14, 15, 16 of 17, met het kenmerk, dat de inrichting geheugenmiddelen bevat voor het opslaan van 15 waarden voor het compenseren van de defaseringen.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de geheugemiddelen voor het opslaan van de compensatiewaarden een aantal geheugenplaatsen bevatten, dat gelijk is aan het aantal beeldelementen in een dimensierichting van een meerdimensionaal beeld.

20. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de geheugenmiddelen voor het opslaan van compensatiewaarden een aantal geheugenplaatsen gelijk aan het aantal beeldelementen van een te bepalen beeld van de verdeling bevatten. $ v -