DE10117342C1 - Kernspintomographievorrichtung und Verfahren zur Ortscodierung mit einem nichtlinearen Gradientenfeld - Google Patents

Abstract

Eine Kernspintomographievorrichtung mit Gradientenspulen (3, 3a), überlagert zumindest ein Gradientenfeld quer zu einer Codierrichtung einem Grundmagnetfeld, wobei ein Gesamtmagnetfeld in Codierrichtung eine Magnetfeldstärke mit einer sich quadratisch über den Weg ändernden Komponente aufweist. Eine Lagervorrichtung (5) verschiebt ein zu messendes Objekt um einen Weg DELTAw in Codierrichtung und ein Steuerungscomputer (11) bestimmt aus den sich ergebenden quadratisch abhängigen Phasen- oder Resonanzfrequenzdifferenzen bei der Verschiebung einen absoluten Ort w eines Kernsprinresonanzsignals in Codierrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kernspintomographievorrichtung und ein Verfahren, bei denen ein nichtlineares Gradientenfeld quer zu einer Codierrichtung einem Grundmagnetfeld überlagert wird und eine Ortscodierung stattfindet, indem ein zu messendes Objekt in dieser Codier­ richtung bewegt wird. Insbesondere bezieht sich die vor­ liegende Erfindung auf eine Kernspintomographievorrichtung und ein Verfahren, bei denen es möglich ist, aus einer rela­ tiven Bewegung eines Objektes um eine bestimmte Wegstrecke in einer Codierrichtung eine absolute Ortsinformation zu gewin­ nen.

Die Kernspintomographie ist ein Verfahren der medizinischen Diagnostik, das ermöglicht, Strukturen des menschlichen Kör­ pers weitgehend und im Detail darzustellen. Dabei werden durch ein starkes von außen angelegtes Magnetfeld in einem zu untersuchenden Bereich eines Objektes ein gewisser Teil der Magnetspins der Kerne ausgerichtet. Statistisch verteilt richten sich die Kernspins in bestimmten Energieniveaus aus. Wird durch einen Hochfrequenzimpuls Energie mit einer Reso­ nanzfrequenz zugeführt, die stoffspezifisch ist, nehmen die Kernspins andere Energieniveaus ein. Nach Abschaltung des Hochfrequenzimpulses kann das Zurückfallen auf die ursprüng­ lichen Energieniveaus in dem äußeren Magnetfeld gemessen wer­ den durch Empfang der auf der Resonanzfrequenz abgestrahlten Energie.

Für die Magnetresonanztomographie ist es dabei entscheidend, dieses Signal der Kernspins auf der Resonanzfrequenz einer Ortsinformation zuordnen zu können. Hierzu wird grundsätzlich eine Phasencodierung oder eine Frequenzcodierung angewandt. Von beiden Verfahren sind eine Vielzahl von detaillierten, auch kombinierten Anwendungen bekannt, um unter bestimmten Bedingungen eine möglichst genaue Ortscodierung entweder auf ein bestimmtes Volumenelement oder ein stabförmiges Volumen oder eine Fläche zu erreichen.

Die Frequenzcodierung weist dabei den Grundgedanken auf, daß dem Grundmagnetfeld, durch das die Kernspins ausgerichtet werden, ein Gradientenfeld überlagert wird, das in einer Co­ dierrichtung linear abfällt oder ansteigt. Da die Resonanz­ frequenz der Kernspins, genauer der Energieniveaus der Kerns­ pins, eine Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfelds auf­ weist, kann dadurch eine Auswahl einer Schicht erfolgen. Die­ se Schicht ist zu der Richtung, in der das Magnetfeld linear abfällt oder ansteigt, senkrecht. Die Resonanzfrequenz eines bestimmten Stoffes hängt linear über die Konstante γ, der gy­ romagnetischen Konstante, vom Magnetfeld am Ort des Kerns ab. Bei der Magnetresonanztomographie wird meistens eine Untersu­ chung auf Basis der Wasserstoff-Kernspins vorgenommen, um ü­ ber deren Verteilung ein Bild der Gewebeverteilung eines un­ tersuchten Körperabschnitts zu erhalten. Wird nun das Gra­ dientenfeld dem Grundmagnetfeld überlagert, so können nur un­ ter einer bestimmten Frequenz Signale derjenigen Kernspins empfangen werden, die über diese sogenannten gyromagnetische Konstante die Resonanzfrequenz aufweisen, die dem Magnetfeld in dieser Schicht entspricht.

Ein solches Gradientenfeld wird dabei z. B. durch zwei Spulen erzeugt, die jeweils ein Magnetfeld erzeugen, wobei die bei­ den Magnetfelder gegeneinander gerichtet sind. In einem Volu­ menelement zwischen den beiden Spulen entsteht ein Magnet­ feld, das in erster Näherung im wesentlichen linear über den Weg ansteigt oder abfällt. Es ist jedoch erwünscht, ein mög­ lichst großes Meßvolumen in einer Kernspintomographie­ vorrichtung erreichen zu können. Dadurch kann ein möglichst großer Bereich eines zu messenden Objektes auf einmal erfaßt werden. Wenn ein solches, sehr großes Beobachtungsfeld (Field Of View, FOV) angestrebt wird, treten jedoch ernsthafte Bild­ störungen oder Artefakte auf, da das Magnetfeld nicht mehr ausreichend genau linear abfällt oder ansteigt. Es treten quadratische Feldinhomogenitäten auf, die auch als Begleit­ feld oder Maxwellterme bekannt sind. Die Größenordnung dieser quadratischen Inhomogenitäten kann bei einem Gradientenfeld quer zum Grundmagnetfeld für die Richtung des Grundmagnetfel­ des als Codierrichtung abgeschätzt werden als proportional zum Quadrat der Magnetfeldstärke des überlagerten Gradienten­ feldes geteilt durch das doppelte Grundmagnetfeld mal den Ort im Quadrat. Die Größe dieser inhomogenen Feldkomponenten ist um so weniger zu vernachlässigen, als stärkere Gradientenfel­ der, beispielsweise größer als 10 mT/m verwendet werden und andererseits Systeme mit einem niedrigeren Grundmagnetfeld, beispielsweise kleiner als 0,5 Tesla, Verwendung finden. Die Korrektur oder Vermeidung von Artefakten und sonstigen Bild­ fehlern, die auf diesen Effekten beruhen wird daher zunehmend wichtiger. Zu diesem Problemkreis sei verwiesen auf den Arti­ kel von Zhou, Tan und Bernstein "Artifacts induced by conco­ mitant magnetic field and in fast spin-echo imaging" in Magnetic Resonance Medicine (MRM) 40.582-591 (1998).

Das zweite zuvor erwähnte grundlegende Ortscodierverfahren, die Phasencodierung, beruht auf dem Effekt, daß wenn ein an­ geregter Zustand eines Kernspins einem bestimmten Magnetfeld ausgesetzt ist und mit der entsprechenden Resonanzfrequenz schwingt, die Phasen von zunächst in gleicher Phase befindli­ chen Anregungszuständen der Kernspins auseinanderlaufen, wenn sie in demselben Zeitraum unterschiedlichen Magnetfeldern ausgesetzt sind und somit temporär unterschiedliche Resonanz­ frequenzen aufweisen. Typische Phasencodierverfahren beruhen folglich darauf, daß ein Bereich des Beobachtungsfeldes eben­ falls einem Gradientenmagnetfeld ausgesetzt wird und folglich ortsabhängig die Phasen auseinanderlaufen. Typischerweise wird bei üblichen Phasencodiersequenzen dieses Verfahren mehrfach mit unterschiedlich starken Gradientenmagnetfeldern durchgeführt. Um nun die Meßzeit gering zu halten, ist es sinnvoll, diese Zeit kurz zu halten, während der das Gradien­ tenmagnetfeld aufgeschaltet ist, da ja eine mehrfache Wieder­ holung nötig ist. Dadurch wirken sich jedoch die bereits zu­ vor dargelegten Inhomogenitäten des Feldes besonders stark aus und sind insbesondere bei einer Phasencodierung nicht mehr zu vernachlässigen.

Durch Kombination der zuvor beschriebenen grundlegenden Orts­ codierungsverfahren, entweder hintereinander oder in ver­ schiedenen Raumrichtungen sowie zuvor bereits erfolgter se­ lektiver Anregung nur bestimmter Kernspins in einem bestimm­ ten Volumenelement, beispielsweise einer Fläche, sind ver­ schiedenste Codierverfahren bekannt. Für alle diese Verfahren wirkt sich jedoch bei einem größeren Beobachtungsfeld negativ aus, daß quadratische Feldterme der Magnetfeldstärke auftre­ ten und gerade bei modernen Kernspinresonanzvorrichtungen, die mit geringen Grundmagnetfeldern und starken Gradienten­ magnetfeldern arbeiten, sich wie dargelegt stark auswirken.

Aus der DE 196 16 388 A1 ist eine Pulssequenz zur Auswahl mehrerer Schichten in einem Kernspintomographiegerät bekannt. Ein Hochfrequenzpuls wird unter der, Wirkung eines Schichtse­ lektionsgradienten in ein Untersuchungsgebiet eingestrahlt. Dabei weist der Schichtselektionsgradient eine nicht lineare Ortsabhängigkeit in einer ersten Richtung auf, sodass der Hochfrequenzpuls in mindestens zwei räumlich beabstandeten Bereichen der Resonanzbedingung für die Kernresonanz der be­ trachteten Kerne entspricht.

Insbesondere ist aus der Druckschrift bekannt, einen Schicht­ selektionsgradienten anzuwenden, der eine quadratische Orts­ abhängigkeit als Nichtlinearität aufweist. Mit der beschrie­ benen Pulssequenz werden in mindestens zwei räumlich beab­ standeten Regionen bzw. Schichten, die Resonanzbedingungen für die angeregten Kerne zugleich erfüllt. Die beiden in Re­ sonanz befindlichen Schichten befinden sich dabei in einer Richtung des Gradientenmagnetfelds beiderseits eines relati­ ven Minimums bzw. Maximums des nicht linearen Gradienten­ felds.

Aus der DE 195 08 715 A1 ist ein Verfahren zur Positionierung eines Patienten in einem medizinischen Diagnosegerät bekannt. Der Patient liegt auf einer verfahrbaren Patientenliege, so­ dass ein zu untersuchender Körperbereich des Patienten in den Untersuchungsbereich des Diagnosegerätes verbracht werden kann. Außerhalb des Untersuchungsraums erfasst eine Bildver­ arbeitungsvorrichtung eine an dem Patienten fixierte Markie­ rung. Die Bildverarbeitungseinheit erkennt und bestimmt die räumliche Lage der Markierung und ermittelt aus der räumli­ chen Lage und der Untersuchungsposition eine relative Ver­ fahrstrecke der Patientenliege. Eine Patientenliegensteuerung bewegt die Patientenliege entlang der Verfahrstrecke.

Aus der DE 198 24 203 A1 ist ein Kernspinresonanzgerät be­ kannt, das einen Magneten mit wenigstens einer Patientenauf­ nahme und wenigstens eine Lagerungsliege sowie eine vorgege­ bene Anzahl von Sende- und/oder Empfangsspulen umfasst. In zumindest zwei vorgebbaren Aufnahmepositionen erfolgt jeweils eine Aufnahme unter Nutzung von vorher ermittelten Justagepa­ rametern. Die benötigten Justageparameter sind in einem vor­ herigen Justagevorgang ermittelbar und die Aufnahme ist in einem nachfolgenden Aufnahmevorgang durchführbar. Insbesonde­ re ist aus der Druckschrift ein Kernspinresonanzgerät be­ kannt, bei dem eine Änderung der Aufnahmeparameter und somit auch der Justageparameter durch eine räumliche Positionsver­ änderung der Lagerungsliege innerhalb der Patientenaufnahme des Kernspinresonanzgeräts erfolgt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kern­ spintomographievorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen es möglich ist, bei einem großen Beobach­ tungsfeld und daraus resultierenden inhomogenen Feldtermen zweiter Ordnung eine einfache und rasch durchzuführende Orts­ codierung zu bewirken.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Kernspin­ tomographievorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Ortscodierung in einer Kernspintomographievorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Kernspintomographievorrichtung werden in den An­ sprüchen 2 bis 5 angegeben. Das zuvor genannte Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 6 kann nach den Unteransprüchen 7 bis 10 vorteilhaft weitergebildet werden.

Eine Kernspintomographievorrichtung mit Gradientenspulen, die zumindest ein Gradientenfeld quer zu einer Codierrichtung ei­ nem Grundmagnetfeld überlagern, wobei ein Gesamtmagnetfeld in Codierrichtung eine Magnetfeldstärke mit einer sich quadra­ tisch über den Weg ändernden Komponente aufweist, hat erfin­ dungsgemäß eine Lagerungsvorrichtung, die ein zu messendes Objekt um einen Weg Δw in Codierrichtung verschiebt. Ein Steuerungscomputer bestimmt aus der sich ergebenden quadrati­ schen Änderung der Phasen bzw. Resonanzfrequenzdifferenzen während der Verschiebung des zu messenden Objektes einen ab­ soluten Ort L eines der Phase oder der Resonanzfrequenz zuge­ ordneten Kerspinresonanzsignals in der Codierrichtung. Eine Abhängigkeit der Form Faktor.Weg² ermöglicht eine Bestim­ mung des Weges in Bezug auf einen Nullpunkt, wenn eine Mes­ sung einmal vor der Verschiebung und einmal nach der Ver­ schiebung vorgenommen wird. Eine Phasenveränderung ist linear von der Zeit abhängig, während der das Magnetfeld auf die ei­ nem bestimmten Ort im Magnetfeld zugeordneten Kernspinener­ gieniveaus einwirkt. Wenn nun die Phase vor und nach einer Verschiebung um einen bekannten Weg gemessen wird, so kann hieraus und aus der Verschiebung um den bekannten Weg sowie der Phasendifferenz der absolute Ort bestimmt werden. Diesem kann dann die Signalstärke zugeordnet werden. In entsprechen­ der Weise kann bei Messung einer Resonanzfrequenz eines Sig­ nals vor der Verschiebung und nach der Verschiebung aus der Frequenzdifferenz der absolute Ort bestimmt werden.

Vorteilhaft kann somit aus einem physikalischen Effekt der beim bekannten Stand der Technik als störend auftritt oder eine genaue Messung verhindert, in relativ einfacher Weise eine Ortsinformation gewonnen werden. Dabei ist zusätzlich vorteilhaft, daß ein Mechanismus und eine Vorrichtung zur La­ gerung und Bewegung eines zu messenden Objektes, beispiels­ weise eines Patienten, bereits nach dem Stand der Tech­ nik bei einer Kernspintomographievorrichtung vorhanden ist. Diese muß folglich nur insoweit angepaßt werden, als sie ge­ nügend genaue und kleine Bewegungen mit ausreichender Ge­ schwindigkeit durchführen kann, und daß sie solche Bewegungen auch in jeder Codierrichtung durchführen kann.

Nach Anspruch 2 ist es vorteilhaft, bei einer Kernspin­ tomographievorrichtung die Codierrichtung in der Richtung des Grundmagnetfeldes auszurichten. Dabei weist das Magnetfeld eine quadratische Komponente zweiter Ordnung auf, die im we­ sentlichen G_r ²w²/2B₀ entspricht mit G_r als Magnetfeldstärke des quer orientierten Gradientenmagnetfeldes in erster Ord­ nung, w als Ort und B₀ als Grundmagnetfeld.

Vorteilhaft kann dadurch eine Kernspintomographievorrichtung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen eine Ortscodierung in Richtung des Grundmagnetfeldes durchführen und dabei den nach dem Stand der Technik besonders störenden Effekt der Maxwell­ terme ausnützen, der bei einem quer zum Grundmagnetfeld ange­ legten Gradientenmagnetfeld wegen der großen Längserstreckung in Richtung des Grundmagnetfeldes besonders störend auftritt.

Nach Anspruch 3 weist eine Kernspintomographievorrichtung mit in Querrichtung zu dem Grundmagnetfeld orientiertem Gradien­ tenmagnetfeld vorteilhaft eine Lagerungsvorrichtung und einen Steuerungscomputer auf, die das zu messende Objekt mehrfach in der Codierrichtung, die der Richtung des Grundmagnetfeldes entspricht, verschieben und dadurch in N_z Schritten eine Pha­ sencodierung mit entsprechender Anzahl unterschiedlicher Gra­ dientenfelder ersetzen. Dabei wird nach dem jeweiligen Ver­ schieben eine Echozeit T_E abgewartet und aus den Phasendiffe­ renzen der Ort 1 eines Signals bestimmt, entsprechend der Be­ dingung: N_z/γw = G_r ²wT_E/B₀ mit γ als gyromagnetischer Kon­ stante, die eine Stoffkonstante des zu detektierenden Stoffes ist, und T_E als Echozeit.

Nach den Ansprüchen 4 und 5 weist eine Kernspintomographie­ vorrichtung in vorteilhafter Ausführung einen Steuerungs­ computer auf, der bei Meßzyklen mit sich ändernden Gradienten der Magnetfeldstärke in erster Ordnung wie beispielsweise E­ cho-, Planar- oder Spiral-Imaging, die wegen der Änderung der quadratischen Magnetfeldstärke sich ergebende Verschiebung der Orte w der Codierschritte korrigiert. Der Steuerungscom­ puter interpoliert oder ermittelt durch zusätzliche Messungen die Messwerte, die den unverschobenen Orten w der Codier­ schritte entsprechen.

Die mathematischen Auswerteverfahren der Kernspinresonanz­ tomographie beruhen zumeist darauf, dass in einem Raster in örtlich äquidistanten Punkten ein Signalwert zur Verfügung steht. Bei den genannten Verfahren ändert sich jedoch beim Voranschreiten, beispielsweise auf einer Trajektorie oder ei­ ner Raumlinie, die Magnetfeldstärke in der ersten Ordnung des Gradientenfeldes. Dies führt jedoch auch zu einer Änderung der quadratischen Inhomogenität, da diese durch eine Abschät­ zung, die die Gradientenfeldstärke in erster Ordnung enthält, beschrieben werden können. Die Messung erfolgt somit an einem räumlich abweichenden Ort w'. Es ist daher günstig, den feh­ lenden Punkt entweder zu interpolieren oder durch eine weite­ re Messung zu bestimmen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ortscodierung wird in einer Kernspintomographievorrichtung ein Gradientenfeld quer zu einer Codierrichtung einem Grundmagnetfeld überlagert und das Gesamtmagnetfeld in Codierrichtung weist eine Magnet­ feldstärke mit einer sich quadratisch über den Weg ändernden Komponente auf. In einem ersten Schritt werden die Phasen und/oder Frequenzen der Kernspins im Messvolumen gemessen. Sodann wird das zu messende Objekt um eine Wegstrecke in Co­ dierrichtung verschoben und die Phasen und/oder Frequenzen der Kernspins im Messvolumen erneut gemessen. Der absolute Ort w zu einem gemessenen Signal der Phase und/oder Frequenz wird aus der Abhängigkeit der Differenz der Phase und/oder Frequenz zur Komponente des Magnetfelds, die quadratisch von w abhängt, bestimmt.

Auch das Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 6 weist die bereits zuvor dargelegten Vorteile der Kernspintomographie­ vorrichtung auf.

In einer günstigen Ausführungsform wird die Codierrichtung in Richtung des Grundmagnetfeldes orientiert. Die quadratische Komponente zweiter Ordnung in Codierrichtung entspricht im wesentlichen G_r ²w²/2B₀ mit G_r als Magnetfeldstärke des Gra­ dientenmagnetfeldes in erster Ordnung, w als Ort und B₀ als der Feldstärke des Grundmagnetfeldes.

Günstig erfolgt eine Phasencodierung bei einer Codierrichtung in Richtung des Grundmagnetfelds mit den Schritten, dass zu­ nächst eine Echozeit T_E nach einem Verschieben des zu messen­ den Objekts abgewartet wird. Sodann wird der Ort w eines Sig­ nals bestimmt aus den Phasendifferenzen unter Beachtung der Bedingung: N_z/γw = G_r ²wT_E/B₀ mit γ als gyromagnetischer Konstante und N_z als Anzahl der bisherigen Schritte. Schließ­ lich wird das Verfahren erneut iterativ durchgeführt in einem Schritt N_z = N_z + 1.

Auch diese Verfahrensschritte weisen die bereits dargelegten Vorteile der entsprechenden Kernspintomographievorrichtung auf.

Nach Anspruch 9 und 10 ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ortscodierung vorteilhaft, wenn bei Meßzyklen mit sich ändernden Magnetfeldern in erster Ordnung, wie E­ choplanar-Imaging oder Spiral-Imaging und sich daraus erge­ benden nicht äquidistanten Codierschritten, die den äquidis­ tanten Codierschritten entsprechenden Messwerte interpoliert oder durch zusätzliche Messungen ermittelt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Kernspintomograpievorrichtung, und

Fig. 2 schematisch einen Verlauf der Gesamtmagnetfeldstärke mit Verschiebungen.

Fig. 1 zeigt in einer Darstellung den schematischen Aufbau einer Kernspintomographievorrichtung entsprechend einer her­ kömmlichen Kernspintomographievorrichtung. Ein Grundfeld­ magnet 1 erzeugt ein starkes, möglichst homogen ausgebildetes Magnetfeld zur Polarisation der Kernspins in einem Unter­ suchungsbereich, der als Messvolumen M eingezeichnet ist, im Inneren des Grundfeldmagneten 1. Die für eine Kernspin­ resonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grund­ magnetfeldes ist hauptsächlich in diesem kugelförmigen Mess­ volumen M definiert. Über eine Lagerungsvorrichtung 5 kann eine Person in das Innere des Grundfeldmagneten 1 hinein­ gefahren werden, so dass der Bereich des menschlichen Kör­ pers, der untersucht werden soll, sich im Inneren des Messvo­ lumens M befindet. Weiterhin ist die Lagerungsvorrichtung so ausgeführt, dass in sehr genau definierten kleinen Strecken das zu messende Objekt, respektive die zu untersuchende Per­ son bewegt werden kann.

Zeitlich invariable Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes werden durch sogenannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Ma­ terial korrigiert. Entsprechende zeitlich variable Einflüsse und Veränderungen des Magnetfeldes werden durch Shim-Spulen 2 beseitigt. Ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3, 3a ist in den Grundfeldmagneten 1 eingesetzt und besteht aus Teilwicklungen. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker 8 mit Strom zur Erzeugung eines linearen Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Insbesondere sind Gradientenspulen 3a vorgesehen, die Gradientenfelder quer zur Richtung des Grundfeldmagneten erzeugen und somit in Richtung des Grundfeldmagneten 1 als Codierrichtung ein Magnetfeld mit einer quadratischen Kompo­ nente erzeugen. Insgesamt sind Gradientenspulen 3, 3a für Gradientenfelder in allen drei Koordinatenrichtungen des kar­ tesischen Koordinatensystems vorhanden. Durch diese Gradien­ tenfelder ist es möglich, das auszumessende Volumen bei einer Phasencodier- oder Frequenzcodiersequenz auszuwählen.

Eine Hochfrequenzantenne 4, die die von einem Hochfrequenz­ leistungsverstärker 9 über eine Sendeempfangsweiche 6 abgege­ benen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu un­ tersuchenden Objekts umsetzt, ist innerhalb des Gradienten­ spulensystems 3, 3a angeordnet. Das von den präzidierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld wird von der Hochfrequenz­ antenne 4 in ein Signal umgesetzt, das einem Hochfrequenz­ system 10 über die Sendeempfangsweiche 6 sowie einen Verstär­ ker 7 zugeführt wird. Der Ablauf der einzelnen Messsequenzen, wie auch die Ansteuerung der Lagerungsvorrichtung 5, wenn diese in kleinen Schritten zur Gewinnung einer Phasencodie­ rung verschoben werden soll, wird von einem Steuerungscompu­ ter 11 gesteuert und aus den gewonnenen Messdaten wird in diesem Steuerungscomputer 11 ein Bild erzeugt. Der Steue­ rungscomputer 11 führt weiter auch die Verwaltung der Bildda­ ten durch und die Auswertung der Bilddaten nach verschiedenen Gesichtspunkten. In dem Steuerungscomputer 11 wird aus der entweder volumen-, linien- und/oder flächenweisen Zuordnung der Signale zu einem Ort über mathematische Verfahren ein Bild gewonnen. Dies sind insbesondere Fourier-Verfahren. Die­ se Bilder, die einer dreidimensionalen Darstellung oder einer Schnittdarstellung entsprechen, werden an einem Terminal 12, das eine Tastatur sowie einen oder mehrere Bildschirme um­ fasst, für den Benutzer dargestellt. Über das Terminal 12 kann ein Benutzer auch die Art und Weise der Untersuchung und der Kernspinresonanzaufnahmen steuern.

Fig. 2 zeigt in einem schematischen Diagramm den Verlauf der magnetischen Feldstärke des Gesamtmagnetfeldes über den Weg sowie Messorte w1 und w2, Verschiebungen Δw und die zugehöri­ gen Veränderungen der magnetischen Gesamtfeldstärken ΔB_w1 und ΔB_w2. Dabei zeigt die Rechtswertachse den absoluten Ort w an und die Hochwertachse die magnetische Feldstärke B. In der beispielhaft gewählten Ausführungsform weist das Gesamtmag­ netfeld eine magnetische Feldstärke B_g auf. Das Gesamtmagnet­ feld B_g besteht dabei unter Vernachlässigung höherer Terme in der Codierrichtung, die w entspricht, aus einer Komponente des Grundmagnetfeldes B₀, die nicht maßstäblich als gestri­ chelte Linie eingezeichnet ist, und im wesentlichen konstant ist. Die Differenz zum dargestellten Gesamtgradientenfeld B_g entspricht dann einer quadratischen inhomogenen Komponente in der Codierrichtung w.

Im Folgenden seien abstrakt zwei absolute Orte w1 und w2 be­ trachtet. Dies kann in der Realität einer Ortscodierung nach einer Schicht, nach einer Linie oder auch nach einem eng um­ grenzten Volumenelement oder Voxel entsprechen, je nachdem ob mit Hilfe weiterer Ortscodierverfahren oder überkreuz ange­ legter weiterer Gradientenfelder eine engere eingrenzendere Ortsauswahl vorgenommen wird. Wenn nun durch den Steuerungs­ computer 11 eine Phasenmessung vorgenommen und sodann über die Lagerungsvorrichtung 5 in Fig. 1 das zu messende Objekt um eine Wegstrecke Δw verschoben wird, hier in Fig. 2 nach rechts in der Ausbreitungsrichtung von w, so kann nun an dem verschobenen Punkt erneut gemessen werden. Dabei wird das Er­ gebnis der Messung in Bezug auf die Phasen durch die sich verändernde Feldstärke ΔB_w1 und ΔB_w2 beeinflusst. Aufgrund der Inhomogenität des Feldes sind diese Differenzen jedoch abhän­ gig von dem Ausgangsort w1 bzw. w2. In dem gewählten Ausfüh­ rungsbeispiel wäre der w2 zuzuordnende Differenzbetrag des Magnetfelds ΔB_w2 größer als der dem Messpunkt w1 zugeordnete Magnetfelddifferenzbetrag ΔB_w1 und aus dieser Differenz ließe sich bei einem zugeordneten Signal aus der Veränderung der Phase der Ort w1 und w2 zuordnen. Die ΔB_w2 und ΔB_w1 bestehen aus einem quadratisch von w abhängigen Term.

Bei einem Phasencodierverfahren ist es in vielen Varianten üblich, eine sogenannte Phasencodiertabelle anzuwenden, indem eine Reihe aufeinanderfolgender unterschiedlich starker Gra­ dientenmagnetfelder aufgeschaltet wird und aus den sich erge­ benden Unterschieden mathematisch eine Bildauswertung er­ folgt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfin­ dung ist es möglich, diese unterschiedlichen Gradienten­ magnetfelder durch aufeinanderfolgende Verschiebungen um den­ selben Betrag Δw zu ersetzen. Dies ist als Prinzip angedeutet indem in Fig. 2 mehrere solcher Ortsdifferenzen Δw ein­ gezeichnet sind, die jeweils nach ihrem Ort, beispielsweise w1 und w2 zugeordnet werden können durch die schrittweise an­ steigenden Differenzen in ihrer magnetischen Feldstärke. Dies ist durch senkrechte Linien zu dem Gesamtmagnetfeld B_g ange­ deutet. Vorteilhaft kann durch eine beschriebene Kernspinto­ mographievorrichtung eine nicht, oder nur mit erheblichen Aufwand vermeidbare Inhomogenität eines Gradientenmagnetfel­ des verwendet werden, um in einfacher Art und Weise eine Ortscodierung quer zu diesem Gradientenfeld vorzunehmen. Dies gilt im besonderen Maße für eine Kernspintomographievorrich­ tung, die die beschriebenen Merkmale für ein Gradientenmag­ netfeld quer zur Richtung des Grundmagnetfeldes aufweist.

Claims (10)

1. Kernspintomographievorrichtung mit Gradientenspulen (3, 3a), die zumindest ein Gradientenfeld quer zu einer Co­ dierrichtung einem Grundmagnetfeld überlagern, wobei ein Ge­ samtmagnetfeld in der Codierrichtung eine Magnetfeldstärke mit einer sich quadratisch über den Weg ändernden Komponente aufweist und einer Lagerungsvorrichtung (5), die ein zu mes­ sendes Objekt um einen Weg Δw in Codierrichtung verschiebt und einem Steuerungscomputer (11), der aus der sich ergeben­ den quadratisch abhängigen Phasen- oder Resonanzfrequenzdif­ ferenz bei der Verschiebung des zu messenden Objektes einen absoluten Ort w eines Kernspinresonanzsignals in Codier­ richtung bestimmt.

2. Kernspintomographievorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierrichtung die Richtung des Grundmagnetfeldes ist und die quadratische Komponente im wesentlichen G_r ²w²/2B₀ ent­ spricht mit G_r als Magnetfeldstärke des Gradientenmagnetfel­ des in erster Ordnung, w als Ort und B₀ als Grundmagnetfeld.

3. Kernspintomographievorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungsvorrichtung (5) das zu messende Objekt mehr­ fach verschiebt und der Steuerungscomputer (11) eine Phasen­ codierung vornimmt, indem er die N_z verschiedenen Meßwerte einer Phasencodierung bei den Verschiebungen des zu messenden Objektes ermittelt, wobei er nach dem jeweiligen Verschieben eine Echozeit T_E abwartet und aus den Phasendifferenzen den Ort w eines Signals bestimmt, entsprechend der Bedingung: N_z/γw = G_r ²wT_E/B₀ mit γ als gyromagnetischer Konstante, die eine Stoffkonstante des zu detektierenden Stoffes ist, und T_E als Echozeit.

4. Kernspintomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungscomputer (11) bei Meßzyklen mit sich än­ dernden Magnetfeldstärken in erster Ordnung (G_w) wie Echo- planar-imaging oder Spiral-imaging und daraus wegen der Ände­ rung der quadratischen Magnetfeldstärke ergebender Ver­ schiebung der Orte w für die Codierschritte die den un­ verschobenen Orten w der Codierschritte entsprechenden Meß­ werte interpoliert.

5. Kernspintomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungscomputer (11) bei Meßzyklen mit sich än­ dernden Magnetfeldern in erster Ordnung (G_w) wie Echo-planar- imaging oder Spiral-imaging und daraus wegen der Änderung der quadratischen Magnetfeldstärke ergebender Verschiebung der Orte w für die Codierschritte die den unverschobenen Orten w der Codierschritte entsprechenden Meßwerte durch zusätzliche Messungen ermittelt.

6. Verfahren zur Ortscodierung in einer Kernspintomographie­ vorrichtung mit einem Gradientenfeld, das quer zu einer Co­ dierrichtung einem Grundmagnetfeld überlagert wird, bei dem die Gesamtmagnetfeldstärke in Codierrichtung eine sich quad­ ratisch über den Weg ändernde Komponente aufweist, mit den Schritten:
Messen der Phasen und/oder Frequenzen der Kernspins im Meßvolumen (M).
Verschieben des zu messenden Objekts um eine Wegstrecke Δw in Codierrichtung.
Messen der Phasen und/oder Frequenzen der Kernspins im Meßvolumen (M).
Bestimmen des absoluten Ortes w zu einem gemessenen Signal der Phase und/oder Frequenz aus der Abhängigkeit der Differenz der Phase und/oder Frequenz von der Kom­ ponente des Magnetfelds, die quadratisch von w abhängt.

7. Verfahren zur Ortscodierung in einer Kernspintomographie­ vorrichtung mit einem Gradientenfeld nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierrichtung in Richtung des Grundmagnetfeldes ori­ entiert wird und die quadratische Komponente zweiter Ordnung im wesentlichen G_r ²w²/2B₀ entspricht mit G_r als Magnetfeld­ stärke des Gradientenmagnetfeldes in erster Ordnung, w als Ort und B₀ als der Feldstärke des Grundmagnetfeldes.

8. Verfahren zur Ortscodierung in einer Kernspintomographie­ vorrichtung mit einem Gradientenfeld nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasencodierung erfolgt mit den zusätzlichen Schrit­ ten:
Abwarten einer Echozeit T_E nach dem Verschieben des zu messenden Objektes.
Bestimmen des Ortes w eines Signals aus den Phasen­ differenzen unter Beachtung der Bedingung:
N_z/γw = G_r ²wT_E/ B₀ mit γ als gyromagnetischer Kon­ stante, die eine Stoffkonstante des zu detektierenden Stoffes ist, und N_z als Anzahl der bisherigen Schritte. Erneutes Durchführen des Verfahrens in einem Schritt N_z = N_z + 1.

9. Verfahren zur Ortscodierung in einer Kernspintomographie­ vorrichtung mit einem Gradientenfeld nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Meßzyklen mit sich ändernden Magnetfeldern in erster Ordnung (G_w) wie Echo-planar-imaging oder Spiral-imaging und sich daraus ergebenden, nicht äquidistanten Codierschritten die den äquidistanten Codierschritten entsprechenden Meßwerte interpoliert werden.

10. Verfahren zur Ortscodierung in einer Kernspintomographie­ vorrichtung mit einem Gradientenfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Meßzyklen mit sich ändernden Magnetfeldern in erster Ordnung (G_w) wie Echo-planar-imaging oder Spiral-imaging und sich daraus ergebender nicht äquidistanten Codierschritten die den äquidistanten Codierschritten entsprechenden Meßwerte durch zusätzliche Messungen ermittelt werden.