APPARATUS FOR PRODUCING IMAGES OF AN OBJECT UNDER EXAMINATION WITH NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE

Abstract: 1. Nuclear magnetic resonance apparatus for producing images of an object (12) to be investigated, where magnetic coils (4, 5, 7) are provided to apply fundamental fieds and gradient fields to the object (2) to be investigated, and which serve to detect deflection of the atomic cores of the object (2) to be investigated out of their equilibrium position using a magnetic, high-frequency excitation pulse, and comprising an image reconstruction device (13) which reproduces an image in a predetermined field, characterized in that the homogeneity range of the fundamental field magnet (4) within the measurement field (A, B) is smaller than the measurement field, and that the gradient field extends monotonically over the entire measurement field.

Description: Gerät zur Erzeugung von Bildern eines Untersuchungs ob;jektes mit magnetischer Kernresonanz Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung von Bildern eines Untersuchungsobjektes mit magnetischer Kernresonanz, bei dem Magnetspulen zum Anlegen von Grund- und Gradientenfeldern an das Untersuchungsobjekt und zum Erfassen der Auslenkung der Atomkerne des Untersuchungsobjektes aus ihrer Gleichgewichtslage durch einen hochfrequenten magnetischen Anregungsimpuls vorhanden sind und das eine Bildrekonstruktionseinrichtung für ein Bild in einem vorbestimmten Messfeld aufweist. Es ist bekannt, dass man insbesondere die Wasserstoffatomkerne eines Untersuchungsobjektes aus einer Vorzugsrichtung, die durch ein Magnet-Grundfeld erzeugt wird, durch einen hochfrequenten Anregungsimpuls auslenken kann und dass sich die Atomkerne nach dem Ende dieses Anregungsimpulses aufgrund ihres Spins erst nach einer gewissen Zeit wieder in die Vorzugsrichtung einpendeln. Während dieser Zeit präzedieren die Atomkerne mit einer Frequenz, die von der Stärke des Magnet-Grundfeldes abhängt. Überlagert man diesem homogenen Magnet Grundfeld einen Feldgradienten, so dass die Magnetfeldverteilung räumlich variiert, so ist eine Ortung über die jeweils gemessene Frequenz möglich. Es ist auch bekannt, dass man auf diese Weise und durch Än#derung der Richtung des Feldgradienten Schichtbilder des Untersuchungsobjektes anfertigen kann. Die Anregung in einer Schicht des Untersuchungsobjektes erfolgt dabei dadurch, dass das Magnet-Grundfeld durch einen weiteren Feldgradienten so beeinflusst wird, dass nur in dieser Schicht eine Anregung der Atomkerne erfolgt. Dies ist möglich, weil die Anregung nur mit einer Frequenz erfolgt, die dem Magnetfeld in der gewünschten Schicht streng zugeordnet ist. Bei bekannten Geräten der eingangs genannten Art entspricht der Homogenitätsbereich des Grundfeldmagneten dem Messfeld, so dass das entstehende Bild alle Details des Messfeldes mit der gleichen Auflösung und Genauigkeit wiedergibt. Häufig interessiert aber von dem entstehenden Bild nicht der gesamte Bereich, sondern nur ein Teil, insbesondere der mittlere Teil. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art so auszubilden, dass nicht das gesamte Bild mit der gleichen Auflösung und Genauigkeit wiedergegeben wird, sondern dass das erzeugte Bild einen diagnostisch auswertbaren Bereich aufweist, dem sich ein Bereich mit geringer Auflösung oder ein gänzlich unverwertbarer Bereich anschliesst. Diese Äufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Homogenitätsbereich des Grundfeldmagneten innerhalb des Messfeldes kleiner als das Messfeld ist und dass das Gradientenfeld über das gesamte Messfeld monoton verläuft. Bei dem erfindungsgemässen Gerät wird zwar ein Bild erzeugt, das dem gesamten Messfeld entspricht; die Bereiche dieses Bildes, in denen das Feld des Grundfeldmagneten nicht homogen verläuft, sind jedoch nicht diagnostisch auswertbar. Wegen des monotonen Verlaufes des Gradientenfeldes im gesamten Messfeld ergibt sich jedoch ein einwandfreier Bildbereich, der dem Teil des Messfeldes entspricht, in dem das Grundfeld homogen verläuft, und der diagnostisch auswertbar ist. Aufgrund der geringen Abmessungen des Homogenitätsbereiches des Grundfeldes im Vergleich zum Messfeld ergibt sich ein einfacherer Aufbau des Grundfeldmagneten als beim Stand der Technik. Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Darstellung eines Gerätes zur Erläu terung des Erfindungsgedankens, Fig. 2 und 3 Darstellungen zur Erläuterung des Gerätes gemäss Figur 1, und Fig. 4 und 5 Feldverläufe zur Erläuterung des.Er findungsgedankens. In der Figur 1 ist eine Auflage 1 dargestellt, auf der ein Patient 2 liegt, von dem mit Hilfe magnetischer Kernresonanz Bilder erzeugt werden sollen. Hierzu ist ein Spulensystem 3 mit einer Spule 4 zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes, Gradientenspulen 5 zur Variierung dieses Magnetfeldes sowie mit einer-An- regungs- und Messspule 7 vorhanden. Die Spüle 4 ist an einer Magnet-Stromversorgung 8, die Gradientenspulen 5 sind an einer Gradienten-Stromversorgung 9, die Anregungs- und Messspule 7 ist an einem Vorverstärker 10 und über entsprechende Koppelelemente an einen Sendeverstärker 11 angeschlossen. Der Vorverstärker 10 führt das Messsignal über einen phasenempfindlichen Gleichrichter 12 einem Prozessrechner 13 zu, der den gesamten Messvorgang steuert. Zur Erzeugung eines Anregungsimpulses dient ein Hochfrequenzoszillator 14, der über einen Modulator 15 an den Sendeverstärker 11 anschaltbar ist. Die Wiedergabe der erzeugten Bilder erfolgt auf einem Monitor 16. Zur Erzeugung eines Bildes des Patienten 2 mit Hilfe magnetischer Kernresonanz wird die Auflage 1 mit Hilfe einer Steuervorrichtung 17, die ebenfalls vom Prozessrechner 13 angesteuert wird, so in das Spulensystem 3 eingeschoben, dass in einer Schicht des Patienten 2 bei verschiedenen Gradientenfeldern durch Anregungsimpulse in der Spule 7 Kernresonanz angeregt wird. Aus den ebenfalls mit Hilfe der Spule 7 aufgenommenen Messsignalen werden Informationen gebildet, mit denen der Prozessrechner 13 ein Bild der untersuchten Schicht des Patienten 2 berechnet. Die Figur 2 zeigt, dass die jeweils angeregte Schicht im Patienten 2 von der Ortsabhängigkeit der Flussdichte und damit der Kernresonanzfrequenz bestimmt wird. Der Feldgradient ist in der Figur 2 schematisch dargestellt und mit 17 bezeichnet. Die Resonanzfrequenz ist mit f bezeichnet. Es erfolgt dabei nur eine Anregung der Atomkerne im dargestellten Bereich des Patienten 2. Die Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den angeregten Bereich des Patienten 2 und darunter den Verlauf der Signalamplitude des nach der Anregung gemessenen Signales in Abhängigkeit von der Kernresonanzfrequenz. Aufgrund des hier angewandten, schematisch dargestellten Feldgradienten 18 hängt hier die Signalamplitude derart von der Kernresonanzfrequenz ab, dass sich ein Verlauf ergibt, der eine Projektion der untersuchten Schicht des Patienten 2 auf die Richtung des Feldgradienten 18 darstellt. Durch Änderung der Richtung des Feldgradienten kann so eine Vielzahl solcher ProÅaek- tionen erzeugt werden, die die Bildberechnung ermöglicht. Die Figur 4 zeigt den Feldverlauf in x-Richtung, d.h. in Figur 2 senkrecht zur Zeichenebene und in Figur 3 in Richtung des Feldgradienten 18. Die voll ausgezogene Linie in Figur 4 stellt dabei den Verlauf des Grundfeldes dar, das durch den Feldgradienten 18 entsprechend der gestrichelten Linie in Figur 4 variiert wird. Die Figur 4 zeigt, dass das Grundfeld innerhalb des Messfeldes, das durch die beiden Punkte A und B festgelegt ist, nicht homogen verläuft, sondern nur innerhalb des Bereiches zwischen den Punkten C und D. Der Feldgradient hingegen verläuft über das gesamte Messfeld linear. Die selektive Anregung der gewünschten Schicht erfolgt durch einen geformten Hochfrequenzimpuls bei eingeschaltetem z-Gradienten. Hierdurch wird die Magnetisierung des untersuchten Körpers ausser im Bereich C bis D auch bei A und B zur Präzession angeregt. Bei der Messung erhält man demgemäss im jeweils von der Spule 7 empfangenen Signal sowohl Anteile aus dem in der Figur 5 schraffiert gekennzeichneten Bereich des Messfeldes als auch dem in der Figur 5 ringförmig diesen Bereich umgebenden äusseren Bereich. Die Figur 5 stellt dabei eine Darstellung des Messfeldes dar, in der die untersuchte Transversalschicht des Patienten liegt. Die y-Richtung verläuft dabei in der Figur 2 in vertikaler Richtung. Durch die Monotonie der Gradientenfelder ist gewährleistet, dass beim Einschalten des x-Gradienten zum Auswerten einer Projektion (gestrichelte Linie in Fig. 4) das Feld und damit die Kernresonanzfrequenz an den Orten A (entsprechender Feldwert At) und B (entsprechender Feldwert B') ausserhalb des Wertebereiches C' bis D' liegt und sich damit die Signalbeiträge aus diesen Gebieten rechnerisch abtrennen lassen. Der Prozessrechner 13 sorgt bei der Bildberechnung dafür, dass die äusseren Bildbereiche nicht durch Rückfaltung eine Störung des inneren ausnutzbaren, schraffierten Bildbereiches bewirken. Der Abbildungsmassstab wird durch richtige Wahl der Gradientenfeldstärke und der Abtastzeiten so eingestellt, dass der gesamte in Figur 5 dargestellte Bereich überdeckt wird. Ausnutzbar ist selbstverständlich nur der innere, schraffierte Teil des entstehenden Bildes. Wegen der reduzierten Anforderungen an den Homogenitätsbereich des Grundfeldes kann der Grundfeldmagnet gemäss Figur 4 im Vergleich zum Stand der Technik einfacher ausgebildet sein. 3 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Gerät zur Erzeugung von Bildern eines Untersuchungsobjektes (2) mit magnetischer Kernresonanz, bei dem Magnetspulen (4, 5, 7) zum Anlegen von Grund- und Gradientenfeldern an das Untersuchungsobjekt (2) und zum Erfassen der Auslenkung der Atomkerne des Untersuchungsobjektes (2) aus ihrer Gleichgewichtslage durch einen hochfrequenten magnetischen Anregungsimpuls vorhanden sind und das eine Bildrekonstruktionseinrichtung (13) für ein Bild in einem vorbestimmten Messfeld aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Homogenitätsbereich des Grundfeldmagneten (4) innerhalb des Messfeldes (A, B) kleiner als das Messfeld ist und dass das Gradientenfeld über das gesamte Messfeld monoton verläuft. 2. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gradientenfeld über das gesamte Messfeld linear verläuft. 3. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zum Anregen der Kernresonanz geformte Hochfrequenzimpulse bei eingeschaltetem Feldgradienten in der zur gewünschten Schicht senkrechten Richtung verwendet werden.

Inventors: LOEFFLER, WILFRIED, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: G01N24
IPC codes: G01R33, A61B5, A61B10