NL8700700A - Werkwijze voor het verkrijgen van een kernspinresonantiesignaal van een bewegend fluidum en inrichting voor het uitvoeren hiervan. - Google Patents

Description

*

Werkwijze voor het verkrijgen van een kernspinresonantiesignaal van een bewegend fluïdum en inrichting voor het uitvoeren hiervan.

Aanvraagster noemt als uitvinder: Dr. H. Van As.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen van een kernspinresonantiesignaal van een bewegend fluïdum, welk fluïdum aan een magnetisch veld wordt onderworpen bestaande uit een constante veldcomponent, één of meerdere gradiëntveldcomponenten 5 waarvan althans één in de bewegingsrichting van het fluïdum en een door hoogfrequente elektromagnetische signalen opgewekte magnetische veldcomponent loodrecht op de constante veldcomponent voor het exciteren van de kernspinmomenten van het fluïdum. De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

10 Een dergelijke werkwijze is o.a. bekend uit ’’Flow Imaging by

Nuclear Magnetic Resonance", Van As et al, "Annales de Radiologie", vol.

27, nr. 5, 1984, p. 405-413 en ’’The Study of Flow by Pulsed Nuclear Magnetic Resonance. II Measurement of Flow Velocities Using a Repetitive Pulse Method", Hemminga M.A. and de Jager P.A., "Journal of Magnetic 15 Resonance", nr. 37, 1980, p. 1-16.

Met behulp van de werkwijze volgens de stand van de techniek is het mogelijk om niet-invasief de snelheid van een continu of niet-continu bewegend fluïdum te bepalen eventueel in tegenwoordigheid van een overmaat aan stilstaand fluïdum in de onmiddellijke nabijheid van het bewe-20 gende fluïdum. Onder een bewegend fluïdum dient in dit verband te worden verstaan een in een object stromend fluïdum, een stilstaand fluïdum in een bewegend object of combinaties van beide.

In de bekende werkwijze wordt het object waarin het fluïdum zich bevindt tussen de polen van een magneet geplaatst en omringd met een 25 draadspoel, met behulp waarvan het fluïdum aan een reeks kortdurende hoogfrequente elektromagnetische pulsen van gelijke duur wordt onderworpen. Tevens wordt een in de bewegingsrichting verlopende magneetveldgra-diënt aangelegd.

In de evenwichtssituatie, zonder een door de hoogfrequente elektro-30 magnetische pulsen opgewekte magnetische veldcomponent, precederen de afzonderlijke kernspinmomenten in het fluïdum rond de constante magnetische veldcomponent. Met behulp van de hoogfrequente magnetische veldcomponent kunnen de kernspinmomenten worden geëxciteerd, zodanig dat zij een rotatie ten opzichte van de constante veldcomponent ondergaan. In de 35 tijdsduur tussen de opeenvolgende hoogfrequente pulsen waaieren de kernspinmomenten vervolgens uit, waarbij zij weer de richting van de con- 8 7 0 Π 7 η Λ J · · . .·· t-/ 4 2 stante veldcomponent proberen aan te nemen. Uit de vorm van de hierbij • in de draadspoel opgewekte elektrische signalen kan o.a. de lineaire en volumetrische stromingssnelheid van het fluïdum worden bepaald. Elk van de genoemde grootheden kan na kalibratie in absolute zin worden geme-5 ten.

Deze bekende werkwijze heeft het nadeel dat de kalibratiekrommes voor de relatie tussen de stromingsgrootheden en het gemeten signaal sterk afhankelijk zijn van het stromingsprofiel en voorts dat deze kalibratiekrommes in hoge mate worden bepaald door de spin-spin en spin-10 rooster relaxatietijden van het te meten fluïdum. De spin-spin relaxatietijd is een maat voor de snelheid waarmee de kernspinmomenten onderling uitwaaieren, terwijl de spin-rooster relaxatietijd een maat is voor de snelheid waarmee de kernspinmomenten terugkeren in de richting van de constante veldcomponent. In biologisch materiaal kan vooral de spin-spin 15 relaxatietijd van een groot aantal factoren afhankelijk zijn en sterk variëren, hetgeen een grote onzekerheid in de interpretatie van de gemeten signalen introduceert waardoor relatief grote meetfouten kunnen ontstaan.

De invloed van de spin-spin relaxatietijd op de meetresultaten kan 20 in wezen als de werking van een laagdoorlaatfilter worden gezien. Bij een fluïdum met een in de tijd variërende stroming en/of in een object met een in de tijd variërende beweging veroorzaakt deze filterwerking een vervorming van het gemeten signaal waardoor geen betrouwbare en nauwkeurige metingen van de spin-spin relaxatietijd en de stromings-25 eigenschappen mogelijk zijn. Bij het vervaardigen van afbeeldingen met behulp van de kernspinresonantie-techniek beïnvloedt de spin-spin relaxatietijd op negatieve wijze de resolutie van de vervaardigde afbeeldingen.

Aan de uitvinding ligt nu de gedachte ten grondslag om de invloed 30 van de spin-spin relaxatietijd op het opgewekte kernspinresonantiesig-naal te beheersen om zo een nauwkeurige meting van de beweging van fluï-da met een continue en/of in de tijd variërende bewegingscomponent te verkrijgen en om kwalitatief goede afbeeldingen te vervaardigen. Volgens de uitvinding wordt dit daardoor bereikt dat het fluïdum aan althans ëën 35 verdere magnetische veldcomponent wordt onderworpen, zodanig dat de ge-exciteerde kernspinmomenten op een door deze althans ene verdere magnetische veldcomponent opgelegde wijze relaxeren.

Met name de waargenomen spin-spin relaxatietijd wordt in de werkwijze volgens de uitvinding op kunstmatige wijze verkort zodat deze niet 40 meer bepaald wordt door de eigenschappen van het te meten fluïdum maar ': o o 7 o o * 3 * door de wijze waarop de kernspinmomenten worden gerelaxeerd.

De voornaamste voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding in vergelijking tot de bekende werkwijze zijn dat met het volgens de uitvinding verkregen signaal o.a. op eenvoudige wijze de invloed van de 5 spin-spin relaxatietijd en de beweging op de signaalvorm kan worden onderscheiden en de werkelijke spin-spin relaxatietijd van fluïda met een constante en in de tijd variërende beweging kan worden bepaald.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de althans ene verdere magnetische veldcomponent een 10 gradiëntveldcomponent is die zodanig wordt aangelegd, dat de componenten van de kernspinmomenten in een richting dwars op de constante veldcomponent onderling een fasevérschuiving ondergaan waardoor zij eikaars werking in deze richting opheffen.

Nog een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvin-15 ding heeft het kenmerk, dat de althans ene verdere magnetische veldcomponent door een hoogfrequent elektromagnetisch signaal wordt opgewekt, zodanig dat de som van de kernspinmomenten in de richting evenwijdig aan de constante veldcomponent wordt geroteerd.

Afhankelijk van het soort fluïdum of het object waarin dit zich be-20 vindt, kan het toepassen van ëën of de beide genoemde uitvoeringsvormen voor het verkrijgen van het gewenste kernspinresonantiesignaal noodzakelijk zijn. Daarbij kan volgens de werkwijze van de uitvinding de althans ene verdere magnetische veldcomponent continu, periodiek of als een combinatie van een continue en periodieke magnetische veldcomponent worden 25 aangelegd.

Weer verdere uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding hebben betrekking op het verwerken van het door kunstmatige relaxatie van de kernspinmomenten verkregen kernspinresonantiesignaal om hieruit de bewegingseigenschappen, de werkelijke relaxatietijden en andere 30 eigenschappen van het fluïdum en het object waarin het beweegt te verkrijgen.

De onderhavige werkwijze is vooral van belang voor medische diagnostiek en kwantitatieve meting van de perifere bloedsomloop en de zuurstof opname in het bloed. Het frequentiespectrum van het volgens de uit-35 vinding verkregen kernspinresonantiesignaal geeft informatie over de stromingen in de arteriën, terwijl de spin-spin relaxatietijd informatie verschaft over het zuurstofgehalte van het veneuze en arteriële bloed.

De diagnostische waarde wordt daarbij ontleend aan een vergelijking van de meetgegevens van gezonde proefpersonen en patiënten, en kunnen in 40 beide gevallen worden voorgesteld door getallen, zoals de spin-spin v ? 0 ¥ 4 relaxatietijd en/of getalsverhoudingen zoals de frequentie-index, welke bepaald wordt uit de verhouding van de frequentiepieken in de frequentiespectra van de meetgegevens van de patiënt en de proefpersoon,

Door het toepassen van instelbare magneetveldgradiënten in ëên, 5 twee of drie richtingen, resulterend in een ruimtelijke selectie van een deel van het te meten fluïdum, is het met de werkwijze volgens de uitvinding in medische toepassingen mogelijk om arteriële, gepulste bloed-stroming te onderscheiden van niet-gepulste veneuze bloedstroming. Tevens kunnen met behulp van ruimtelijke selectie kwantitatieve gegevens 10 worden verkregen over andere, continu stromende lichaamsvloeistoffen zoals lymfevocht, urine etc.. In het algemeen kan de werkwijze volgens de uitvinding worden toegepast op levende biologische objecten, waar niet-invasieve meting van de bloed- en vochtstroming in stilstaande en/of bewegende organen en weefsel vereist of gewenst is en de werkwijze in 15 ieder geval niet destructief mag zijn.

Naast deze biologische toepassingen kan met de werkwijze volgens de uitvinding ook gemeten worden aan de stroming van bijvoorbeeld agressieve of visceuze fluïda in pijpen of andere willekeurige gevormde behuizingen, fluïda in reactorvaten, ontplofbare fluïda enz. mits zij in een 20 voldoende sterk magnetisch veld kunnen worden geplaatst.

Hoewel de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd met bestaande apparatuur voor het uitvoeren van de bekende werkwijze heeft de uitvinding mede betrekking op een inrichting welke bijzonder geschikt is voor het verschaffen van de voor het uitvoeren van de werkwijze van 25 de uitvinding benodigde magnetische veldcomponenten. Alle gegevensbewerkingen kunnen met voordeel geheel software-matig worden uitgevoerd.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin:

Fig. 1 schematisch een meetopstelling weergeeft voor het aanleggen 30 van de benodigde magnetische velden aan een stromend fluïdum.

Fig. 2 de veldsterkteverdeling weergeeft van de door de hoogfrequente pulsen opgewekte magnetische component.

Fig. 3 een schematische voorstelling is van de invloed van verdere tijdsafhankelijke magneetveldgradiënten op het stromend fluïdum.

35 Fig. 4a en b de verkregen signaalvorm volgens de bekende werk wijze weergeeft.

Fig. 5 schematisch het pulsreeks- en gradiëntschema van een uit-voeringsvoorbeeld voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding weergeeft.

40 Fig. 6a het verloop weergeeft van het volgens de bekende werkwijze

C ·· r. Λ O

V ; v V ·* v V

5 « * gemeten kernspinresonantiesignaal en fig. 6b het frequentiespectrum hiervan voor een pulserende lokale bloedstroom in een vinger van de menselijke hand.

Fig. 7a een pulserend stromingssignaal in een proefopstelling ge- 5 meten met behulp van een verschildrukstromingsmeter en fig. 7b het volgens de bekende werkwijze gemeten kernresonantiesignaal hiervan weergeeft.

Fig. 8 schematisch een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding toont.

10 Voor het verklaren van de werking van de bekende werkwijze veron derstellen we een situatie zoals weergegeven in fig. 1. Het object waarvan de snelheid van het daarin stromende fluïdum moet worden bepaald, in dit geval de buis 1, wordt in een uniform statisch magnetisch veld B0 geplaatst, dat langs de Z-as van het laboratoriumcoördinatenstelsel 15 (Χ,Υ,Ζ) is gericht. Het assenstelsel kan willekeurig worden gekozen. Het fluïdum wordt verondersteld in de pijlrichting door de buis 1, dus in de Y-richting te stromen.

Het statische magneetveld B0 is in dit voorbeeld loodrecht op de stromingsrichting van het fluïdum gericht en wordt door een magneet 2 20 opgewekt. De richting van B0 kan overigens willekeurig worden gekozen.

De buis 1 wordt verder omgeven door een symmetrisch ten opzichte van de Z-as geplaatste hoogfrequent-(HF)-spoel 3 van bijvoorbeeld het zogenaamde Helmholtztype, welke zich met lengte 2a uitstrekt in de 25 Y-richting. Door middel van deze HF-spoel 3 kan een lineair gepolariseerd HF-magnetisch veld Bj_ loodrecht op het statische magnetisch veld B0 worden opgewekt. De sterkteverdeling van het HF-magneetveld Bj langs de Y-as benadert bij een Helmholtz-spoel zeer dicht een zogenaamd Gaussisch profiel 4, zoals weergegeven in fig. 2.

30 Het te meten fluïdum is voorts onderhevig aan een statische mag- neetveldgradiënt G in de stromingsrichting, GY * (dB0)z/dY waarbij de indices de asrichting van de betreffende grootheden aanduiden. Zolang er geen verdere gradiëntvelden aanwezig zijn, kunnen uit de waargenomen signalen geen stromingsafbeeldingen worden afgeleid.

35 In de thermische evenwichtssituatie, zonder HF-magneetveld Bi precedeert de macroscopische magnetisatie M, welke gelijk is aan de som van de individuele magnetische kernspinmomenten in het te meten fluïdum, rond het plaatsafhankelijke magnetische veld in de Z-richting, dat wordt bepaald door: 40 BZ(Y) = B0 + Y*GY (1)

p 7 f. f*. '7 ft (I

* * '-··.· 'f V

6

De precessiefrequentie VO is lineair afhankelijk van de magnetische veldsterkte en wordt ook wel de Larmor-frequentie genoemd. Er geldt: ω - γ·Βζ(Υ) (2) waarin: 5 y = gyromagnetische verhouding.

De gyromagnetische verhouding is voor elk chemisch element verschillend.

Uit (1) en (2) volgt dat de Larmor-f requentie als gevolg van de statische magneetveldgradiënt plaatsafhankelijk is. Kernen in het midden 10 van de spoel (Y = 0) precederen met W0 = Y*B0, terwijl voor kernen op plaatsen waarvoor Y < 0 is, geldt dat U < D 0 en voor kernen op plaatsen Y > 0 uiteraard geldt dat lO0 is.

. Met behulp van de HF-spoel 3 wordt het fluïdum in de buis 1 nu on derworpen aan een reeks van n equidistante HF-elektromagnetische pulsen, 15 ieder van gelijke duur, waarmee het HF-magneetveld B]^ wordt opgewekt. Afhankelijk van de sterkte van Bj en de duur van de afzonderlijke HF-pulsen zal de richting van de macroscopische magnetisatie M, welke aan het begin van de pulsreeks langs de Z-as is gericht, over een bepaalde hoek, ook wel de pulshoek genoemd, in een richting weg van de Z-as 20 worden afgebogen. Doordat het HF-magnetische veld niet uniform langs de Y-as is verdeeld, is de pulshoek oi ook een functie van de plaats Y in de buis. Er geldt: <*(Y) - y-B^Yi-tp waarin: 25 tp = pulsduur van de aangelegde HF-puls.

De richting waarin M wordt geroteerd is afhankelijk van de richting van Bj. Om dit duidelijk te kunnen maken beschouwen we een tweede coördinatenstelsel (x,y,z), dat zo wordt gekozen dat de z-as evenwijdig is aan het statische magneetveld, dus evenwijdig aan de Z-as van het labo-30 ratoriumcoördinatenstelsel, terwijl het (x,y)-vlak rond deze as roteert met een hoeksnelheid gelijk aan de Larmorfrequentie t00 van de spins in het midden van de HF-spoel.

De draaggolffrequentie van de aangelegde HF-puls wordt nu zodanig gekozen, dat het bijbehorende magnetische veld Bj met een hoeksnelheid 35 roteert, zodat Bj in dit (x,y,z)-coördinatenstelsel een vaste richting bezit. Voor het gemak kiezen we het (x,y,z)-coördinatenstelsel zodanig dat de richting van de x-as samenvalt met de richting van Bj. Dit is dan ook tevens de richting waarlangs gedetecteerd wordt. De magnetisatie M wordt nu onder invloed van het HF-magnetische veld B^ rond 40 de x-as geroteerd.

Λ ».*- „ -I-. (W j? i iπ * iï y * 7

Om de invloed van de verschillende magnetische velden en de stroming van het fluïdum op het gedetecteerde signaal langs de x-as te illustreren, beschouwen we vervolgens de eerste HF-puls van de genoemde pulsreeks, welke op het tijdstip t = 0 begint, waarbij de pulsherha-5 lingstijd tussen de afzonderlijke pulsen gelijk is aan T.

Op het tijdstip t * 0 wijst M in de richting van de z-as en wordt door deze eerste puls over een bepaalde hoek rond de x-as geroteerd. In de tijd T - tp, dus tot aan het begin van de volgende puls, waaieren de in de buis 1 bewegende geëxciteerde spins symmetrisch rond de y-as 10 uit en ondergaan een bepaalde faseverschuiving in het (x,y)-vlak omdat deze spins zich in een niet-uniform magneetveld voortplanten.

De faseverschuiving 0(t) welke de spins daarbij ondergaan is gelijk aan: t 15 0(t) * ƒ W(t)dt tp^t^T-tp 0 waarin: iO(t) =p(t) = y [BCt-0) + GY Y(t)] 20 U>(t)'-^[B(t-0) + <ϊγ£Υ(0)+ v-t} ] en: v » stromingssnelheid van het fluïdum.

Y(0) = positie van de spins op t = 0 .

Dit resulteert in een faseverschuiving van de netto-magnetisatie in het 25 (x,y)-vlak en dus in een magnetisatiecomponent langs de x-as, de detec-tierichting.

In het (x,y)-vlak zijn de kernen naast het door de magneetveldgra-diënt veroorzaakte niet-uniforme veld ook onderhevig aan locale inhomo-geniteiten welke ontstaan door chemische verschuiving en dipoolwissel-30 werkingen in het fluïdum en zijn zij voorts onderhevig aan inhomogeni-teiten in het statische magneetveld B0 zelf als gevolg van afwijkingen in de magneet 2. Het statische magneetveld B0 wordt echter zodanig groot verondersteld dat deze inhomogeniteiten mogen worden verwaarloosd.

35 Het zal duidelijk zijn dat bij een niet-bewegend fluïdum de uit waaierende spins ten opzichte van het midden van de spoel als gevolg van de statische magneetveldgradiënt tegengestelde faseverschuivingen ondergaan, welke eikaars invloed opheffen. Hierdoor ontstaat er dan geen resulterende component van de magnetisatie langs de x-as en kan er dus 40 geen signaal worden gedetecteerd. Als gevolg hiervan kan er op effectie- £7 f. ' - Μ 8 ve wijze tussen stilstaande en bewegende fluïda worden gediscrimineerd.

De magnetische veldsterkteverdeling van de HF-spoel 3 is zodanig gekozen, dat de spins in het midden van de spoel ten opzichte van het magnetische veld in de z-richting een rotatie van 180° ( 7Γ rad) rond de 5 x-as ondergaan en aan de uiteinden (-a, a) een rotatie van 90° ( 7Z"72 rad), zie fig. 2. Een benadering van de Gaussische kromme 4 door twee rechthoekige krommes 5, 6 leert dat spins welke de spoel bij Y -a binnengaan nagenoeg een 90°-rotatie ondergaan en daarna in het gebied -a < Y < a aan een of meerdere HF-pulsen blootstaan welke nagenoeg een 10 180°-rotatie bewerkstelligen, uiteraard onder de voorwaarde dat de kernen zich nog in de spoel bevinden op het tijdstip waarop deze 180°-pul-sen worden gegeven, dus als: 2a/v > T - tp.

De eerste 90° HF-puls heeft een zogenaamde "Free Induction Decay" 15 (FID) tot gevolg, waarmee het langs de y-as optredende signaal wordt bedoeld dat ontstaat als gevolg van het onderling uitwaaieren van de kern-spinmomenten nadat de HF-puls is gegeven. De 180°-pulsen waaraan de uitwaaierende spins vervolgens worden onderworpen bewerkstelligen een inverter ing van de momentane richting, waarbij echter de relaxatiezin 20 hiervan niet verandert. Dit betekent voor de magnetisatiecomponent in de detectierichting, in dit geval de x-richting, dat deze afwisselend in tegengestelde richtingen om de x-as beweegt. Het maximum in het gedetecteerde signaal, dat ontstaat wanneer de magnetisatiecomponent door de x-as gaat d.w.z. hieraan evenwijdig is, wordt een spin-echo genoemd. In 25 de praktijk zijn verschillende uit 90°- en 180°-pulsen opgebouwde puls-reeksen bekend. Deze bekende werkwijze voor het meten van stromings-eigenschappen van fluïda staat in de praktijk dan ook wel bekend als de "repetitive-pulse method (RP-method)".

In een homogeen magneetveld neemt, door het onderling uitwaaieren 30 van de spins, de sterkte van de magnetisatie in het (x,y)-vlak exponentieel af met tijdconstante , hetgeen de genoemde spin-spin relaxatietijd is. De terugkeer van de magnetisatie naar de z-richting wordt door de genoemde spin-rooster relaxatietijd bepaald, waarbij T2 ^ is. Relaxatieprocessen spelen een cruciale rol in kernmagne-35 tische resonantie. Voor meer informatie hieromtrent wordt verwezen naar "Pulse and Fourier Transform NMR. Introduction to the Theory and Methods", door T.C. Farrar en E.D. Becker, uitg. Academic Press 1971.

Omdat in een bewegend fluïdum aan het uiteinde y = -a niet-geëxci-teerde spins in de spoel stromen en aan het andere uiteinde y = a geëx-40 citeerde spins de spoel verlaten en dus voor detectie verloren gaan, be- e ‘7 *· Λ- £'·. f' •w . '· f· \t j ·.* ?.* * 9 % reikt het gedetecteerde signaal na verloop van tijd een stationaire eindwaarde, waarbij alle spins in de spoel dezelfde "historie" hebben.

In het algemeen worden drie stromingstypen onderscheiden: 1. laminaire stroming; 5 2. turbulente stroming; en 3. "plug”-stroming, welke stromingstypen elk door hun eigen ruimtelijke stromingsprofiel worden gekenmerkt. Bij laminaire stroming is de stromingssnelheid in het midden van het fluïdum het grootst en neemt deze in radiale richting 10 kwadratisch af. Dit type stroming kan men bijvoorbeeld waarnemen in biologische stelsels waar de stroming relatief langzaam is, bijvoorbeeld in de venen van mens en dier. Bij turbulente stroming neemt de snelheid in radiale richting gezien veel minder sterk af dan bij de laminaire stroming. Turbulente stroming is te verwachten wanneer er hoge stroomsnelheid den worden bereikt, bijvoorbeeld in de aorta en bij vertakkingen in het bloedvatenstelsel. "Plug"-stroming is een stromingstype, waarbij de snelheid van het fluïdum in radiale richting gezien constant is en wordt in bijvoorbeeld biologische stelsels bijna alleen waargenomen in bewegende objecten, weefsel, waarin het fluïdum zelf geen bewegingscomponent 20 heeft.

Het gedetecteerde kernspinresonantiesignaal van een fluïdum in een statisch magneetveld met een gradiëntveldcomponent in de bewegingsrichting en dat door een reeks van HF-elektromagnetische pulsen wordt geëxciteerd is een gemiddelde van bijdragen van spins op verschillende 25 plaatsen in het fluïdum en bevat geen informatie voor o.a. het bepalen van de ruimtelijke verdeling van de bewegingseigenschappen van het fluïdum.

Om het ruimtelijk bewegingsprofiel van het fluïdum te kunnen bepalen is het noodzakelijk om, naast de statische magneetveldgradiënt G in 30 de bewegingsrichting en het door de HF-pulsen opgewekte magnetische veld Bj, het fluïdium ook te onderwerpen aan ëên of meerdere onderling or-thogonale tijdsafhankelijke magneetveldgradiënten loodrecht op de stro-mingsrichting, te weten:

GxCt) = ^Z sin Uim t en/of 35 Gx(t) * GX sin( Wm t +Tf ) waarin:

Gg * maximale magneetveldgradiënt in Z-richting;

Gx = maximale magneetveldgradiënt in X-richting; M)m = modulatiefrequentie, en 40 Y = fasehoek.

e 7 C 0 7 c 0 10

Men spreekt in dit verband ook wel van "gemoduleerde" magneetveldgra-diënten. De indices duiden weer de asrichting van de betreffende grootheden aan, welke over de gehele lengte 2a van de HF-spoel 3 (fig. 1) aan het fluïdum worden aangelegd. De beide tijdsafhankelijke gradiëntvelden 5 zijn gesynchroniseerd met de HF-pulsreeks via Wm = 2TC/nT.

Voor het aanleggen van deze magneetveldgradiënten worden zogeheten gradiëntveldspoelen toegepast, welke in praktische uitvoeringen van meetinrichtingen kunnen bestaan uit paren van spoelen in de X-, Y- en Z-richting.

10 Als gevolg van de elkaar opheffende faseverschuivingen welke de spins in het fluïdum onder invloed van een dergelijke tijdsafhankelijke magneetveldgradiënt ondergaan, ontstaat in het fluïdum een zogenaamd "nul"-vlak, aan weerszijden waarvan de spins een tegengestelde fasever-schuiving hebben. De in fig. 3 getoonde "nul"-vlakken 7, 8 corresponde-15 ren met respectievelijk Gz(t) en Gx(t). De positie van deze "nul"-vlakken wordt bepaald door de coördinaten Xq en Zq, welke respectievelijk op de X-as en de Z-as liggen. De coördinaten Xq en Zq zijn afhankelijk van de vorm van de gradiëntspoelen en de verhouding van de stromen door een spoelenpaar.

20 In de in fig. 3 getoonde situatie is de fasehoek 90°, waardoor een roterend "nul"-vlak wordt verkregen. De lijn 9 rond welke het nul-vlak roteert wordt de "sensitive line” genoemd. Bij slechts ëén gradi-entveld spreekt men van een zogeheten "sensitive plane". Langs de "sensitive line" of in het "sensitive plane" kan de stromingsnelheid van 25 het fluïdum worden bepaald. De positie van de sensitive line kan door verandering van de stroomverhouding in de gradiëntspoelen worden verschoven, zodat het stromingsprofiel in de gehele buis 1 lijnsgewijs kan worden bepaald. Door het aanleggen van een verdere gemoduleerde magneetveldgradiënt in de stromingsrichting (Y) of met behulp van zogeheten 30 "selectieve" HFpulsen kan ook een volume-element "voxel" worden geselecteerd, waarin de stromingseigenschappen kunnen worden bepaald. Voor nadere informatie over het meten van ruimtelijk verdeelde bewegingsprofie-len wordt verwezen naar "A Novel NMR Method for Spatially Resolved Flow Measurements", door H. Van As et al., "Journal of Magnetic Resonance", 35 62, 1985, p. 511-517 en "NMR imaging in Biomedicine", door P. Mansfield and P.G. Morris, Academic Press, 1982.

Zoals reeds aangegeven wordt de magnetisatiecomponent langs de x-as gedetecteerd, waarvoor dezelfde HF-spoel 3 kan worden toegepast als waarmee de HF-pulsen aan het te meten fluïdum worden toegediend. Uit be-40 monstering van de netto magnetisatiecomponent langs de x-as tussen de P 1 n 0 ? Γ £ * 11 * HF-pulsen of door integratie hiervan gedurende een tijd gelijk aan een veelvoud van de pulsherhalingstijd T wordt het responsiesignaal S(t) verkregen.

De pulshoek oC waarover de magnetisatie M rond de x-as wordt gero- 5 teerd kan van ca. 30° tot ca. 200° variëren, zonder dat het wezen van de meting hierdoor wordt aangetast. De grootte van de pulshoek heeft in hoofdzaak invloed op de sterkte van het gedetecteerde signaal en nagenoeg niet op de vorm hiervan.

De omhullende van het totale langs de x-as gedetecteerde signaal 10 S(t) na een reeks van HF-pulsen kan, afhankelijk van de fase-ontwikke-ling gedurende de verblijftijd van de spins in de meetspoel, in de tijd gezien in hoofdzaak twee verschillende vormen aannemen, zoals getoond in fig. 4a en b, waarbij de verwijzingen a tot en met h refereren aan verschillende stromingssnelheden waarvoor geldt: *5 va<vb<... <vh.

Wanneer de stromingscondities een zodanige invloed hebben dat de uitwaaierende spins een faseverschuiving groter dan 90° ondergaan, zal het signaal S(t) een of meerdere locale extrema vertonen, zoals in fig.

4a is aangegeven. Wanneer de faseverschuiving van de spins kleiner dan 20 90° is, tendeert het signaal S(t) van de detector naar een extremum Se in de stationaire toestand, zoals in fig. 4b is getoond. De eenheden langs de verticale as zijn daarbij arbitrair.

Uit de verkregen signalen kunnen in het geval van een continue, niet in de tijd variërende, stroming de volgende grootheden worden be-25 haald:

Onder condities waarbij het signaal een of meerdere locale extrema heeft (maxima en/of minima): a) de lineaire stromingssnelheid v [m/sec], uit de ligging tmax van het extremum of de extremaj 30 b) de volumetrische stromingssnelheid Q [m^/sec], uit de beginhel- ling van S(t) bij t 0: (dS/dt)t - q.

Onder condities waarbij het eindniveau Se van het signaal het extremum is: a) de volumetrische stromingssnelheid Q, uit de beginhelling van 35 S(t) bij t = 0: (dS/dt)t = 0i b) de lineaire en de volumetrische stromingssnelheid v en Q uit het eindniveau Se.

Voor bijvoorbeeld vele medische toepassingen is het voldoende om de lineaire stromingssnelheid v langs een lijn in het object loodrecht op 40 een dwarsdoorsnede-oppervlak van bijvoorbeeld een bloedvat te bepalen.

f. ' f '· " Λ" () v* : V: f 12 *·

De volumetrische stromingssnelheid Q wordt dan gegeven door: Q = v.A waarin: A = doorsnede-oppervlak van het bloedvat.

5 In het geval dat het fluïdum een pulserende stroming bezit, zoals getoond in fig. 7, kan uit de verkregen signalen S(t) de gemiddelde volumetrische stroomsnelheid Q en de volumetrische stroomsnelheid Q(t) op ieder willekeurig te kiezen moment tijdens de gepulseerde stroming worden bepaald.

10 Elk van de genoemde grootheden kan - na kalibratie - in absolute zin worden gemeten. Deze kalibratie vindt plaats door op de bovengenoemde bekende wijze het eindniveau Se van het verkregen signaal als ge-. volg van de stroming door een inerte buis te meten en in hetzelfde expe riment de doorgestroomde hoeveelheid fluïdum volumetrisch te bepalen.

15 De kalibratiekrommes voor de relatie tussen v en ta_, en tus- sen Se en Q,v zijn zoals reeds in de inleiding genoemd afhankelijk van het stromingsprofiel van het fluïdum. Deze kalibratiekrommes worden tevens sterk bepaald door de genoemde spin-spin en spin-rooster relaxatietijden, respectievelijk T2 en T^, De kalibratie dient dan ook te 20 worden uitgevoerd voor verschillende, waarden van T£. In biologisch materiaal kan zoals reeds genoemd vooral T2 sterk variëren, wat een grote onzekerheid (relatieve fout van + 25 %) in de interpretatie van met name tmax en Se introduceert. Zie "Localized real time blood flow measurements" door H. Van As et al., "Archives Int. de Physiologie et de 25 Biochemie", Vol. 93, Nr. 5, 1985, p. 87-95.

De bepaling van Q uit de beginhelling van S(t) is ongevoelig voor zowel het stromingsprof iel als de variatie in T2. Het effect van T2 op tjaax Se is te verklaren uit het feit dat deze grootheden een gevolg zijn van de fase-ontwikkeling van de magnetisatie gedurende 30 langere tijd. Doordat deze fase-ontwikkeling zich in het (x,y)-vlak afspeelt en het natuurlijke verlies van signaalintensiteit in dat (x,y)-vlak, het uitwaaieren van de spins, door exp(-t/T2) wordt gekarakteriseerd, ontstaat de invloed van T2 op deze grootheden. Op t = 0 is het relaxatie-effect nog miniem waardoor het een verwaarloosbare invloed op 35 de beginhelling van het signaal heeft.

Deze T2 bepaalt voor een belangrijk gedeelte ook de responsie van de bekende werkwijze. Hierdoor zijn Q(t) en v(t) van een fluïdum met een in de tijd variërende stroming, bijvoorbeeld een pulserende stroming, met de bekende werkwijze alleen betrouwbaar te meten wanneer de hoogste 40 frequentie uit het frequentiespectrum van de in de tijd variërende bewe- R 7 t- f: 7 Λ α l ' ï \ w ♦ 13 * ging lager is dan (2 “TC T2)”*. Voor bloed is bij een magneetveld-sterkte van ca. 0,5 Tesla de ca. 0,2-0,3 sec., zodat frequenties hoger dan ca. 1 Hz niet betrouwbaar gemeten worden.

Het de bekende werkwijze kan zoals uit het voorgaande duidelijk is 5 geworden alleen nauwkeurig worden gemeten aan chemisch zuivere fluïda waarvan de relaxatietijd T£ bekend is en niet verandert. Metingen aan bloedstromen in bijvoorbeeld het menselijk lichaam zijn per definitie behept met een relatief grote onnauwkeurigheid als gevolg van het feit dat deze zoals reeds in de inleiding aangegeven, door bijvoorbeeld 10 de zuurstof opname van het bloed, sterk kan veranderen en dus in wezen tijdens het uitvoeren van de meting onbekend is.

De uitvinding beoogt nu de invloed van de werkelijke relaxatietijden van het fluïdum op de meetresultaten te elimineren, door de geëxciteerde kernspinmomenten op een door de meting opgelegde wijze te laten 15 relaxeren. Door het beïnvloeden van de wijze waarop de componenten van de geëxciteerde kernspinmomenten in het (x,y)-vlak uitwaaieren kan de waargenomen spin-spin relaxatietijd T£ op kunstmatige wijze vastgelegd worden, onafhankelijk van de aard en eigenschappen van het fluïdum waaraan gemeten wordt.

20 In dit verband kan er dan ook van een kunstmatige effectieve re laxatietijd T2 eff worden gesproken, waarvoor geldt 12 eff < T2. De waarde van T2 eff hangt nu af van de wijze waarop de geëxciteerde kernspinmomenten gedwongen worden om uit te waaieren. In relatie tot de bekende RP-werkwijze zou men de werkwijze vol-25 gens de uitvinding ook wel de gemodificeerde RP-werkwijze ofwel "Modified Repetitive Pulse (MRP)-method” kunnen noemen.

Volgens de uitvinding wordt het fluïdum aan een verder magnetisch veld onderworpen, dat uit één of meerdere magnetische veldcomponenten kan bestaan. Dit kunnen zowel gradiëntveldcomponenten als ook HF-veld-30 componenten of combinaties van beide zijn. Met HF-magnetische veldcomponenten kan, zoals in het voorgaande beschreven met betrekking tot het HF-magnetische veld Bj, de magnetisatie rond de x-as worden geroteerd, waardoor deze uit het (x,y)-vlak verdwijnt. Met geschikt aangelegde gradiëntveldcomponenten kan de magnetisatie van de componenten van de kern-35 spinmomenten op verschillende plaatsen in het (x,y)-vlak onderling worden gedefaseerd. Dit verdere magnetische veld kan continu of gepulst periodiek worden aangelegd, als een combinatie van een continue gradiënt-veldcomponent en een gepulste HF-magnetische veldcomponent of omgekeerd, etc. Aansluitend op de Engelstalige vaktermen zou men dit verdere magne-40 tische veld ook wel een "spoil"veld kunnen noemen. In het geval van t ; · f) x

IA

pulsvormige magnetische veldcomponenten zou men van "spoil”-pulsen kunnen spreken.

In fig. 5 is schematisch het in de tijd gezien aanleggen van een magneetveldgradiëntspoilpuls in een richting loodrecht op de stromings-5 richting van het in fig. 1 getoonde fluïdum aangegeven. In fig. 5a is een reeks HF-pulsen 10 aangegeven waarvan elk correspondeert met een pulshoek . De afzonderlijke pulsen zijn voor de eenvoud als onderbroken lijnen voorgesteld, in de praktijk bezitten zij een bepaalde duur tp. In fig. 5b is de statische magneetveldgradiënt 11 in de stromings-10 richting aangegeven, welke uiteraard in de tijd gezien constant is. De door de HF-pulsen veroorzaakte responsies worden gedurende een tijd nT geïntegreerd opgenomen, zoals aangegeven in fig. 5d. Het op deze wijze van n HF-pulsen verkregen geïntegreerde signaal wordt aan het einde van de integratietijd nT bemonsterd, zoals aangegeven met 13 in fig. 5e. Na-15 dat het signaal bemonsterd is wordt gedurende ongeveer een tijd Δ. een magneetveldgradiëntspoilpuls 12 met sterkte Gs loodrecht op de stro-mingsrichting aangelegd. Deze magneetveldgradiëntspoilpuls veroorzaakt een defasering van de spins in het (x,y)-vlak waardoor de magnetisatie in dit vlak wordt opgeheven, hetgeen overeenkomt met een kunstmatige 20 verkorting van de spin-spin relaxatietijd T2. Na afloop van de spoil-puls Gs wordt verder gegaan met de integratie van de volgende reeks van n HF-pulsen, resulterende in het signaal S(t). De kunstmatige spin-spin relaxatietijd T2 eff wordt bepaald door het produkt A.GS.

Voor het op deze wijze uitvoeren van een meting van bijvoorbeeld de 25 lokale bloedstroming in de vinger van een menselijke hand kunnen de volgende parameterwaarden worden aangehouden: HF-pulshoek : 30°-200° T :0,5-2,0 msec

Gy : 10“3 Tesla/meter 30 Gy.T ^ 0,5 10"^ Tesla sec/meter η. T sxt 20 msec (integratietijd) Δ,GS 5-30 10”6 Tesla sec/meter

De spoilpuls kan ook op andere tijdstippen in de HF-pulsreeks worden aangelegd of er kunnen meerdere spoilpulsen achter elkaar worden 35 aangelegd. In plaats van een magneetveldgradiëntspoilpuls Gs kan in Fig. 5 ook een HF-spoilpuls worden toegepast. Het zal duidelijk zijn dat de in fig. 5 geïllustreerde wijze voor het toedienen van een spoilpuls ook kan worden toegepast in combinatie met verdere tijdsafhankelijke magneetveldgradiënten zoals dat het geval is in de genoemde sensitive 40 line, sensitive plane of voxel werkwijze. De sterkte van de magneetveld- 6? ΰ 0 7 0 ö 15 gradiënten Gg, Gx, welke bepalend is voor de ruimtelijke resolutie is bij de voornoemde meting ongeveer 5-10 10"^ Tesla/meter, waarbij * 2TC/nT<^ 2TC.50 rad/sec.

Overeenkomstig de gedachte van de uitvinding kan ook in plaats van of 5 samen met een afzonderlijk spoilmagneetveld ook een of de beide gra-diëntveldcomponenten Gg en Gx met geschikte sterkte worden toegepast.

Als gevolg van het toepassen van spoilpulsen zal de kalibratie-kromme voor het verband tussen Q en Se bij het bepalen van deze groot-10 heden volgens de werkwijze van de uitvinding niet meer afhankelijk zijn van v en de werkelijke spin-spin relaxatietijd T2 van het fluïdum, maar wel van eff

Als gevolg van deze effectieve kleinere spin-spin relaxatietijd kunnen met de werkwijze volgens de uitvinding ook sneller in de tijd va-15 Tierende bewegingen worden gemeten dan met de werkwijze volgens de stand van de techniek. Bij bijvoorbeeld pulserende stromingen is gebleken dat de in de tijd variërende volumetrische stromingssnelheid Q(t) betrouwbaar kan worden gemeten voor in de tijd variërende stromingen waarvan de hoogste frequentie uit het frequentiespectrum hiervan kleiner is dan 20 (2TTT2 eff^~** ^a ^et uitvoeren van een kalibratie van de volumetrische snelheid Q versus Se kan Q(t) op elk moment worden afgeleid uit het gedetecteerde signaal SC t) onder die condities waarin het eindniveau Se van het signaal het extremum is.

Naast het belangrijke voordeel dat met de werkwijze volgens de uit-25 vinding binnen ruime grenzen de stromingseigenschappen van fluïda met een in de tijd variërende beweging, bijvoorbeeld pulserende stromingen, betrouwbaar kan worden gemeten, is het ook mogelijk om direct uit het meetsignaal de werkelijke spin-spin relaxatietijd T2 van het fluïdum te bepalen. Dit is bij de bekende RP-werkwijze niet mogelijk.

30 Er kan worden aangetoond dat voor een fluïdum met een niet in de tijd variërende beweging de effectieve spin-spin relaxatietijd T2 eff u*c verhouding van het eindniveau van het volgens de uitvinding verkregen signaal, de MRP-werkwijze, en de beginhelling hiervan kan worden bepaald, dus uit: SgOlRPi/idS/dtJj. _ q, 35 Verder kan worden aangetoond dat T£ eff ook kan worden bepaald uit het eindniveau Se van S(t) gemeten volgens de uitvinding aan een met een bekende snelheid bewegend fluïdum waarvan T2 > T2 ejj.

Hiervoor is een kalibratiekromme nodig voor de relatie tussen Se en T2 verkregen volgens de bekende RP-werkwijze voor die bepaalde snel-40 heid onder de gegeven meetomstandigheden.

f' ~ ? f Λ f, --- ' ·· - ’v f 16

Van Q(t) of S(t) kan op bekende wijze door middel van Fourier-, Laplace-transformatie of een soortgelijke mathematische bewerking het frequentiespectrum worden bepaald. Voor numerieke verwerking kan de zogeheten Fast Fourier-techniek worden toegepast.

5 Het frequentiespectrum Fg(V ) van S(t) bepaald volgens de werk wijze van de uitvinding kan, omdat e£f bekend is, gekorrigeerd worden tot het werkelijke frequentiespectrum F(\0 waaruit vervolgens het werkelijke bewegingsverloop, bijvoorbeeld bij een pulsvormige stroming de werkelijke pulsvorm Qw(t), kan worden bepaald.

10 De werkelijke spin-spin relaxatietijd T2 van het bewegende fluï dum kan nu op de volgende manieren uit de meetresultaten worden berekend: a) voor continue (gladde) beweging: uit de verhouding van Se verkregen volgens de bekende RP-werkwijze en Se verkregen volgens de 15 werkwijze van de uitvinding, de MRP-werkwijze, d.w.z. Se(RP)/Se(MRP) of uit de verhouding Se(RP)/(dS/dt)t_Q; b) voor in de tijd variërende beweging: uit de verhouding van de genormeerde amplitudes An van de hogere harmonischen van F(V ) of Fg(V ) verkregen met behulp van de MRP-werkwijze volgens de uitvinding 20 en F(V) verkregen met behulp van de bekende RP-werkwijze, An(T2,eff;MRP)/An(T2;RP) waarbij n = 1,2,3 en An genor meerd op Ai=l of Ao=l (grondharmonische).

In de onder b) genoemde situatie volgt T2 uit: (T2)2 =-- 25 (2 7Γ V'a)2 - b (2 7Γ nv)2 met: a = An(T2 ef f ;MRP)/An(T2 ;RP) met An genormeerd op A]^ en

b - (1 + 27ty T2>eff)/(1 + 27C

30 Aangetoond kan worden dat T2 evenredig is met de inverse van het 3dB-kantelpunt van de kromme: W(V) = Fg( / )/F( / ), bepaald volgens de werkwijze van de uitvinding.

In fig. 6 is een typisch verloop van het signaal S(t) en het frequentiespectrum F( /) van het pulserende deel van een lokale bloedstroom 35 in de vinger van een menselijke hand weergegeven gemeten volgens de bekende werkwijze. Uit het frequentiespectrum zijn duidelijk de diverse karakteristieke frequenties van de bloedstroming en hun relatieve amplitudes te herkennen, zoals ze in het signaal S(t) voorkomen.

Een voorbeeld van een toepassing om de eigenschappen van een niet-

40 continu stromend fluïdum aan te geven biedt de zogenaamde frequence-ini'* ; f'. 1'. T n A

17 * dex i. De signaalvorm S(t) worde daarbij volgens de werkwijze van de uitvinding opgenomen, waarna het frequentiespectrum Fg(V) wordt be paald. De frequentie-index i wordt vervolgens bepaald uit de verhouding R tussen de op één na hoogste en de hoogste piek in het gemeten frequen-5 tiespectrum en eenzelfde verhouding voor een standaard-referentie Rr, waarbij i = R/Rr. De verhouding van de pieken van de standaard-refe-dex i. De signaalvorm S(t) wordt daarbij volgens de werkwijze van de uitvinding opgenomen, waarna het frequentiespectrum FgOO wordt be paald. De frequentie-index i wordt vervolgens bepaald uit de verhouding 10 R tussen de op êén na hoogste en de hoogste piek in het gemeten frequentiespectrum en eenzelfde verhouding voor een standaard-referentie Rr, waarbij i = R/Rr. De verhouding van de pieken van de standaard-refe rentie kunnen vooraf zijn bepaald. Q(t), Qw(t), Fg(O en F(V“) zijn beschikbaar voor pulsvormanalyses, zoals o.a. bekend uit ultrasonar 15 doppler stromingsmetingen zoals "pulsatilitie index (frequentie-index),

Argend diagram" e.d. Zie o.a. Clifford, Baird in "Blood flow measurements in man", R.T. Mathie ed., Hoofdstuk 17, Castle House Publ. Ltd.,

Londen, 1982.

In fig. 7 is een pulserend stromingssignaal in een proefopstelling 20 gemeten met behulp van een verschildrukstromingsmeter, fig. 7a, en met de kernspinresonantietechniek, fig. 7b, weergegeven. Voor Q(t) = constant, in dit geval Q(t) = 0 [v(t) = 0], neemt het NMR-signaal S(t) af volgens De T2 relaxatietijd kan ook uit dit deel van het signaal S(t) worden bepaald. Het gedeelte waarvoor Q(t) = constant 25 kan met behulp van de MRP-werkwijze worden bepaald.

Voor een nadere theoretische uitwerking met betrekking tot de bepaling van T2 uit de metingen aan een bewegend fluïdum wordt verwezen naar het niet-voorgepubliceerde verslag van het doctoraalonderzoek van J.E.M. Snaar, "Gepulseerde Stromingsmetingen met de "Repetitive Pulse"-30 Methode aan Modelsystemen", Landbouwuniversiteit Wageningen, oktober 1986. Dit verslag was vbor de indieningsdatum van de onderhavige octrooiaanvrage niet openbaar gemaakt.

Inrichtingen voor het uitvoeren van kernspinresonantie-"Nuclear Magnetic Resonance NMR"-metingen aan bewegende fluïda of voor het maken 35 van afbeeldingen zijn uit de stand van de techniek bekend, zie bijvoorbeeld de Europese octrooiaanvrage EP-A-0I06472. In het onderstaande wordt aan de hand van fig. 8 een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting beschreven, waarmee de voor het op opgelegde wijze relaxeren van de geëxciteerde kernspinmomenten benodigde althans ene verdere mag-40 netische veldcomponent door een HF-veldcomponent en/of een gradiëntveld- f* *T f> A ·7 Λ > / V 's / u u * 18 r component kan worden opgewekt.

De inrichting 14 omvat een eerste spoelstelsel, bestaande uit een serieschakeling van spoelen 15, waarmee een constant uniform magnetisch veld in de Z-richting van het laboratoriumcoördinatenstelsel kan worden 5 opgewekt, spoelen 16, 17 voor het verschaffen van een magnetische veld-gradiëntcomponent in de X-richting, spoelen 18, 19 voor het verschaffen van een magneetveldgradiëntcomponent in de Y-richting en spoel 20 voor het verschaffen van een magneetveldgradiëntcomponent in de Z-richting.

10 De inrichting omvat bovendien een tweede spoelstelsel 21, 22 waar mee het te onderzoeken project aan HF-magnetische veldcomponenten kan worden onderworpen, loodrecht op de richting van het door de eerste spoelen 15 opgewekte magnetische veld, en waarmee HF-magnetische velden afkomstig van de geëxciteerde kernspinmomenten van het fluïdum in de het 15 te onderzoeken object in andere dan de Z-richting kunnen worden gedetecteerd. Het spreekt vanzelf dat in plaats van ëên spoelstelsel 22 voor zowel het aanleggen als het detecteren van HF-magnetische velden ook afzonderlijke spoelen voor het detecteren van het van de geëxciteerde kernspinmomenten afkomstige HF-magnetische veld kunnen worden aange-20 bracht.

De diverse spoelen 15; 16, 17; 18, 19; 20; 21 en 22 worden respectievelijk via versterkers (drijvers) 23; 24, 25; 26, 27; 28, 29 en 30 bekrachtigd, welke met stuurschakelingen 31, 32 en 33 zoals getoond in de figuur zijn verbonden. Deze stuurschakelingen kunnen op verschillende 25 manieren worden uitgevoerd en zijn bekend volgens de stand van de techniek.

De gradiëntspoelen 16, 17, 18, 19 en 20 bestaan elk uit een spoel-paar dat symmetrisch ten opzichte van de langsas van de inrichting 14 in de Z-richting is gerangschikt. In tegenstelling tot de uit de stand van 30 de techniek bekende NMR-inrichtingen, kunnen de afzonderlijke spoelen 16’, 16'·, 17’, 17", 18’, 18", 19’, 19", 20’ en 20" van respectievelijk elk paar spoelen 16, 17, 18, 19 en 20 afzonderlijk worden gestuurd. Volgens de getoonde uitvoeringsvorm worden de overeenkomstig gelegen spoelen 16', 171 door de versterker 24, de spoelen 16", 17" door de 35 versterker 25, de spoelen 18' , 19' door de versterker 26 en de spoelen 18", 19" door de versterker 27 gestuurd. Met de op deze wijze opgebouwde inrichting is het mogelijk om in alle gewenste richtingen de voor het relaxeren van de kernspinmomenten volgens de werkwijze van de uitvinding benodigde magneetveldgradiënten op te wekken.

40 De stuurschakelingen 31, 32 en 33 worden door een centrale verwer- B70Ö700 19 m kings- en stuureenheid 34 gestuurd» waarvan de ingangen en uitgangen met randapparatuur 35 zijn verbonden voor het geven van opdrachten van instructies aan de eenheid 34 voor het uitvoeren van het meetproces. Op de eenheid 34 is een weergever 36 aangesloten.

5 De door de spoelen 21, 22 gedetecteerde NMR-signalen worden via een versterker 37 aan een signaalverwerkingsstelsel 38 en een veld- en fout-signaalmeetinrichting 39 toegevoerd. Het signaalverwerkingsstelsel 38 is ingericht om een geschikte callibratie en correctie van de signalen uit te voeren, waarbij de gedetecteerde signalen in een geschikte vorm woΓΙΟ den omgezet om door de centrale verwerkings- en stuureenheid 34 verwerkt te worden, om daarna bijvoorbeeld aan de weergever 36 te worden toegevoerd voor het vervaardigen van een afbeelding van het gedetecteerde signaal.

Hoewel het signaalverwerkingsstelsel 38 als een afzonderlijke een-15 heid is weergegeven, is het uiteraard mogelijk om dit op geschikte wijze in de centrale verwerkings- en stuureenheid 34 op te nemen.

Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet tot de hierboven besproken toepassingen en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen beperkt is, maar dat wijzigingen en aanvullingen mogelijk zijn zonder buiten het 20 kader van de uitvinding te treden.

25 30 35 ¢-700706 40

Claims (20)

1. Werkwijze voor het verkrijgen van een kernspinresonantiesignaal van een bewegend fluïdum, welk fluïdum aan een magnetisch veld wordt on- 5 derworpen bestaande uit een constante veldcomponent, één of meerdere gradiëntveldcomponenten waarvan althans ëën in de bewegingsrichting van het fluïdum en een door hoogfrequente elektromagnetische signalen opgewekte magnetische veldcomponent loodrecht op de constante veldcomponent voor het exciteren van de kernspinmomenten van het fluïdum, met het ken-10 merk, dat het fluïdum aan althans één verdere magnetische veldcomponent wordt onderworpen, zodanig dat de geëxciteerde kernspinmomenten op een door deze althans ene verdere magnetische veldcomponent opgelegde wijze relaxeren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de althans 15 ene verdere magnetische veldcomponent een gradiëntveldcomponent is die zodanig wordt aangelegd, dat de componenten van de kernspinmomenten in een richting dwars op de constante veldcomponent een faseverschuiving ondergaan waardoor zij eikaars werking in deze richting opheffen,

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de althans 20 ene verdere magnetische veldcomponent door een hoogfrequent elektromagnetisch signaal wordt opgewekt, zodanig dat de som van de kernspinmomenten in de richting evenwijdig aan de constante veldcomponent wordt geroteerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de 25 althans ene verdere magnetische veldcomponent continu wordt aangelegd.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de althans ene verdere magnetische veldcomponent periodiek wordt aangelegd.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de al-30 thans ene verdere magnetische veldcomponent bestaat uit een combinatie van een continu en periodiek aangelegd magnetisch veld.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, 2, 3, 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat de althans ene verdere magnetische veldcomponent bestaat uit een combinatie van althans een hoogfrequente elektromagnetische veldcompo- 35 nent en althans een gradiëntveldcomponent.

8. Werkwijze volgens conclusie 5, 6 of 7, met het kenmerk, dat de althans ene verdere periodiek aangelegde magnetische veldcomponent puls-vormig is.

9. Werkwijze volgens conclusie 5, 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat 40 de althans ene verdere periodieke magnetische veldcomponent wordt aange- $ 7 0 0 7 0 0 legd na een vooraf bepaald aantal hoogfrequente elektromagnetische pulsen waarmee de kernspinmomenten worden geëxciteerd.

10. Werkwijze volgens conclusie 5, 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de met de hoogfrequente elektromagnetische pulsen verkregen resonantie- 5 signalen gedurende een vooraf bepaalde periode geïntegreerd worden opgenomen, waarbij aan het einde van elke integratieperiode de althans ene verdere periodieke magnetische veldcomponent wordt aangelegd.

11. Werkwijze volgens een of meerdere van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat voor een fluïdum met een in de tijd variërende be- 10 wegingssnelheid de spin-spin relaxatietijd (T2) wordt bepaald uit de verhouding van de amplitudes van de hogere harmonischen van de frequentiespectra van het gemeten signaal en het signaal dat gemeten wordt zonder verdere magnetische veldcomponent.

12. Werkwijze volgens een of meerdere van de voorgaande conclusies, 15 met het kenmerk, dat voor een fluïdum met een in de tijd variërende be- wegingssnelheid de spin-spin relaxatietijd (T2) wordt bepaald uit de inverse van het 3dB kantelpunt van de verhouding tussen de frequentiespectra van het gemeten signaal en het signaal dat gemeten wordt zonder verdere magnetische veldcomponent.

13. Werkwijze volgens een of meerdere van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voor een bewegend fluïdum kenmerkende frequen-tie-index i wordt bepaald uit de verhouding van de op ëën na hoogste en de hoogste piek uit het frequentiespectrum van het gemeten signaal (R) en van een standaardreferentie (Rr).

14. Werkwijze volgens een of meerdere van de conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat voor een fluïdum met een niet in de tijd variërende bewegingssnelheid de opgelegde spin-spin relaxatietijd (T2 eff) wordt bepaald uit de verhouding van het eindniveau (Se) van het gemeten signaal en de beginhelling hiervan ((dS/dt)t_Q )·

15. Werkwijze volgens een of meerdere van de conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat voor een fluïdum met een bekende bewegingssnelheid de opgelegde spin-spin relaxatietijd (T2 eff) wordt bepaald uit het eindniveau (Se) van het gemeten signaal, aan de hand van een kalibratiekromme van de relatie tussen dit eindniveau (Se) en 35 de spin-spin relaxatietijd (T2) gemeten volgens de bekende werkwijze.

16. Werkwijze volgens een of meerdere van de conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat voor een fluïdum met een niet in de tijd variërende bewegingssnelheid de spin-spin relaxatietijd (T2) wordt bepaald uit de verhouding van de eindniveaus van het signaal dat gemeten 40 wordt zonder verdere magnetische veldcomponent en het signaal gemeten t- :r ·· o o volgens de uitvinding.

17. Werkwijze volgens een of meerdere van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat uit het frequentiespectrum van het gemeten signaal aan de hand van de opgelegde spin-spin relaxatietijd (T2 e£f) het 5 frequentiespectrum van de beweging van het fluïdum wordt afgeleid.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat uit het afgeleide frequentiespectrum het bewegingsverloop van het fluïdum in de tijd wordt afgeleid.

19. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uit-10 vinding voorzien van middelen voor het verschaffen en sturen van een magnetisch veld, bestaande uit een constante veldcomponent, een hoogfrequente magnetische veldcomponent en althans een gradiëntveldcomponent, waarbij de middelen voor het verschaffen van de althans ene gradiëntveldcomponent althans een paar spoelen omvat, met het kenmerk, dat mid-15 delen zijn verschaft zodanig dat de spoelen van het althans ene paar (16, 17, 18, 19 en 20) afzonderlijk kunnen worden gestuurd.

20. Inrichting volgens conclusie 19, waarbij de middelen voor het verschaffen van de althans ene gradiëntveldcomponent bestaan uit meerdere onderling verschoven paren spoelen, met het kenmerk, dat de voor het 20 verschaffen van een bepaalde gradiëntveldcomponent overeenkomstig gelegen spoelende', 17'; 16", 17"; 18', 19'; 18", 19") van de meerdere paren spoelen (16, 17, 18, 19) met elkaar zijn verbonden. C. “7 Λ « 7 A Π tj > .· * v V