DE3937150C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur NMR-spektroskopischen Untersuchung biologischer
Proben mit einem Kernspintomographen mit einer Magnetspule zur Erzeugung eines in einem
Untersuchungsvolumen weitgehend homogenen Magnetfelds und einem
Satz von Korrekturspulen, die ausreichen, aufgrund von Unzulänglichkeiten der Magnetspule verbleibende Magnet
feldinhomogenitäten zu eliminieren. Wenn ein Bild erzeugt werden soll, wie
beim Kernspintomographen, so ist außerdem ein Satz von Gradien
tenspulen zum Erzeugen von gepulsten magnetischen Gradienten
feldern im Untersuchungsvolumen vorhanden. Außerdem weist ein
Kernresonanzspektrometer einen Probenkopf zum Senden und/oder
Empfangen von Hochfrequenzpulsen auf.
Insbesondere für die Kernresonanzspektroskopie (NMR-Spektro
skopie) werden extrem homogene Magnetfelder benötigt. Diese
Homogenität wird bei bekannten Kernresonanzspektrometern durch
Auslegung des Magnetsystems und durch elektrische Korrektur
maßnahmen, insbesondere Korrekturspulen (Shimspulen) erreicht.
Insbesondere bei der Untersuchung biologischer Proben, speziell
bei der in-vivo-Spektroskopie tritt folgendes Problem auf:
Durch die magnetische Suszeptibilität der Proben wird ein
zunächst homogenes Magnetfeld so verzerrt, daß keine lokale
Spektroskopie durchgeführt werden kann. Eine Feldverzerrung
verursacht z. B. der Eisengehalt in der Leber eines Patienten,
der in einem Kernspintomographen untersucht werden soll.
Herkömmliche Shimsysteme, wie sie beispielsweise aus der DE-A1-35 11 303 oder der DE-AS-11 07 824 bekannt sind, basieren auf der Korrektur von Entwick
lungskoeffizienten der Kugelflächenfunktionen. Sie sind auf
möglichst großem Durchmesser innerhalb der Magnetanlage ange
ordnet, um möglichst reine Koeffizienten zu erzeugen, um dadurch
eine gegenseitige Wechselwirkung zwischen verschiedenen Korrek
turspulen zu vermeiden. Durch den großen räumlichen Abstand
von dem zu spektroskopierenden Objekt ist es nicht möglich,
lokale Feldverzerrungen zu korrigieren.
Die aus der DE-A1-35 11 303 bekannte Magnetanordnung weist
eine supraleitende Magnetspule auf, bei der eine Homogenisierung
des Magnetfeldes durch ebenfalls supraleitende, im Kryostaten
angeordnete Zusatzspulen vorgenommen werden kann. Aufgrund
ihrer Anordnung im Kryostaten können diese Zusatzspulen
somit nicht in unmittelbare Nähe der zu untersuchenden Probe
gebracht oder auf dieser an geeigneter Stelle plaziert werden.
In der DE-AS-11 07 824 ist die Möglichkeit einer Homogenisierung
eines Magnetfelds durch ein Paar oder zwei Gruppen von jeweils
einer Mehrzahl von Spulen, die offenbar nicht supraleitend
sind, beschrieben. Die Spulen selbst sind jeweils
unterschiedlich ausgebildet, um die in der Druckschrift genannte
"funktionale Orthogonalität" zu erreichen, wodurch sich die
einander dicht benachbarten Spulen kaum oder nicht gegenseitig
beeinflussen. Bei der mit dieser Anordnung zu untersuchenden
Probe handelt es sich aber offenbar nicht um eine biologische
Probe, sondern um einen homogenen Körper (Inhalt eines
Reagenzglases), weil durch schnelles Drehen der Probe
verbesserte Ergebnisse erhalten werden sollen. Da sich die in
der Druckschrift beschriebenen Spulen " in unmittelbarer Nähe der
Sonde" befinden, diese Spulen jedoch das Magnetfeld
homogenisieren sollen, müssen sie offenbar in einer genau
festliegenden Orientierung zu den Polschuhen des in der
Druckschrift gezeigten Magneten angeordnet sein. Aufgrund der
Gestaltung der verschiedenen Wicklungen, die relativ großflächig
sind, ist eine gezielte Feldbeeinflussung mit dem Ziel einer
Kompensation der innerhalb der Probe vorliegenden
ungleichmäßigen lokalen Suszeptibilitäten mit der bekannten
Anordnung nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu
schaffen, lokale Feldverzerrungen, die z. B. durch die Suszepti
bilität der Probe verursacht sind, in ihren Auswirkungen auf
die Spektroskopie zumindest teilweise zu eliminieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
in einem für die spektroskopische Untersuchung ausgewählten
Bereich innerhalb der Probe lokale Inhomogenitäten der magnetischen
Suszeptibilität
ermittelt werden, daß mindestens ein zusätzlicher elektrischer Leiter, vorzugsweise
eine zusätzliche Korrekturspule, innerhalb
des Untersuchungsvolumens in unmittelbarer Nähe der Probe in einer ausgewählten Position ange
ordnet wird, wobei der zusätzliche Leiter
wesentlich kleiner ist als die Probe, wobei der zusätzliche Leiter in einem ersten Schritt (a) orientiert
und mit Strom beschichtet wird, und wobei in dem ausgewählten Bereich in einem zweiten Schritt (b) in
an sich bekannter Weise ein volumenselektives NMA-Spektrum aufgenommen wird, und daß die
Schritte (a) und (b) so lange wiederholt werden, bis die durch die lokalen Inhomogenitäten der
magnetischen Suszeptibilität bewirkten lokalen Feldinhomogenitäten
zumindest
teilweise eliminiert sind.
Gemäß der Erfindung werden elektrische Leiter, Leiterschleifen
oder Spulen zur Erzeugung eines lokalen magnetischen Feldes
verwendet, wobei diese genannten felderzeugenden Elemente mög
lichst nahe an dem zu homogenisierenden Volumen angeordnet
sind. Dadurch ist es möglich, Feldinhomogenitäten mit relativ
kleinen Abmessungen im Vergleich zum Untersuchungsvolumen zu
korrigieren, da die Variation des Korrekturfeldes bei geringem
Abstand deutlich größer ist als bei großem Abstand. Es mag
zwar sein, daß durch die genannten felderzeugenden Elemente in
einem größerem Abstand von dem zu homogenisierenden Volumen noch
größere Feldverzerrungen auftreten als ohne die genannten feld
erzeugenden Elemente, dies ist jedoch kein Nachteil, wenn bei
der speziellen Untersuchung lediglich z. B. die Leber eines
Patienten untersucht werden soll.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der zusätzliche
Leiter an einem Träger angeordnet.
Der Träger sichert eine gleichbleibende Form des Lei
ters, insbesondere wenn es sich um eine Mehrzahl von relativ
zueinander in bestimmter Position angeordneter Leiterschleifen
oder Spulen handelt. Der Träger kann an einer Tragkonstruktion
angeordnet sein, die es gestattet, daß er eine bestimmte Stel
lung aus einer Anzahl von vorbestimmten Stellungen einnimmt.
Dabei kann die Tragkonstruktion so ausgebildet sein, daß sie
es, zum Beispiel durch einen verschiebbaren Maßstab, abzulesen
gestattet, an welcher Stelle sich der Träger und somit der
elektrische Leiter befindet.
Bevorzugt kann der Leiter so angeordnet werden, beispielsweise
an den Rand des Probenraumes oder aus dem Probenraum heraus ver
lagert werden, daß er den Transport der Probe in den Probenraum
und aus diesem heraus nicht behindert, insbesondere das Ein
schieben eines Patienten nicht behindert.
Die Größe des durch die felderzeugenden Elemente (oder durch
ein einziges felderzeugendes Element) fließenden Stroms und
die optimale Lage der felderzeugenden Elemente hängt von der
durch die Probe verursachten Feldverzerrung ab. Diese Feldver
zerrung kann in unterschiedlicher Weise ermittelt werden, um
anschließend die Korrektur vornehmen zu können. So ist es mög
lich, den lokalen Feldverlauf mit Hilfe einer NMR-Methode zu
ermitteln, anschließend die Korrekturströme z. B. nach der
Methode der kleinsten quadratischen Abweichung rechnerisch zu
ermitteln, und diese Verfahrensschritte wiederholt zu durch
laufen, bis die gewünschte Homogenität erreicht ist. Dieses
Homogenisierungsverfahren kann in der Apparatur des Kernreso
nanzspektrometers automatisiert werden. Das soeben genannte
Verfahren geht davon aus, daß sich die zur Korrektur der lokalen
Feldverzerrungen verwendeten Korrekturspulen an einem festen
Platz oder an einem aus einer Mehrzahl von bei der Berechnung
berücksichtigten vorbestimmten Plätzen befinden.
Feldinhomogenitäten können z. B. durch Kernspininterferographie
rasch festgestellt werden, z. B. durch das unter der Bezeichnung
GINSENG (= Generalized Interferography using Spin-Echoes and
Gradient echoes) bekannte Verfahren (J. Hennig, Proc. 7th SMRM,
San Francisco, Seite 697, 1988). Dies ermöglicht es, die Wirkung
der auf den Patienten aufgelegten Spule in Abhängigkeit von
deren Ort und vom Spulenstrom rasch zu erkennen und die Lage
der Spule und/oder den Strom von Hand so zu ändern, daß die
gewünschte Korrektur erzielt wird. In diesem Fall ist es nicht
erforderlich, daß sich die Spule in einer zahlenmäßig bekannten
Position befindet. Dieses Verfahren läßt sich auch automatisie
ren.
Werden bei dem NMR-Verfahren die Gradienten zeitlich verändert,
so kann während des Gradientenschaltens eine Störung der in
der Korrekturspule fließenden Homogenisierungsströme durch
Induktion erfolgen. Dieser Effekt läßt sich gemäß einer Aus
führungsform der Erfindung dadurch vermeiden, daß mehrere Kor
rekturspulen im Hauptmagneten so angeordnet werden, daß das
gesamte Induktionssignal verschwindet. Dabei wird z. B. eine
Korrekturspule in nächster Nähe der zu untersuchenden Probe
angeordnet, und eine andere, mit der genannten Korrekturspule
elektrisch verbundene, Korrekturspule wird in größerem Abstand
von der Probe angeordnet, so daß sie auf die Homogenisierung
keinen Einfluß hat, sondern lediglich zur Kompensation des in
der erstgenannten Korrekturspule induzierten Stromes dient.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der
Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Ein
zelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kom
bination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht
sein.
Es zeigen
Fig. 1 in vereinfachter perspektivischer Darstellung die
Anordnung mehrerer flacher konzentrischer und in einer
Ebene liegender Ringspulen bei der Untersuchung eines
Patienten,
Fig. 2 in einer Schnittdarstellung die gegenseitige Lage der
Spulen nach Fig. 1 und die von diesen geführten
Ströme,
Fig. 3 drei verschiedene angenommene Feldverzerrungen und
deren Korrektur,
Fig. 4 in vereinfachter perspektivischer Darstellung die
Anordnung mehrerer flacher konzentrischer und in einer
Ebene liegender Rechteckspulen bei der Untersuchung
eines Patienten,
Fig. 5 in einer Schnittdarstellung die Anordnung der Recht
eckspulen der Fig. 4 und die von diesen geführten
Ströme,
Fig. 6 die durch die Rechteckspulen erreichbare Korrektur,
Fig. 7 die Anwendung von Ringspulenpaaren, die gleichachsig,
aber in mehreren Ebenen angeordnet sind,
Fig. 8 die durch die Spulen nach Fig. 7 erreichbare Korrektur,
Fig. 9 eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung
unter Verwendung eines paramagnetischen Korrektur
elements,
Fig. 10 schematisch einen Kernspintomographen.
Im Beispiel der Fig. 1 wird ein liegender Patient untersucht,
wobei das von der Feldspule des Kernresonanzspektrometers er
zeugte Feld Bo, das, wie üblich, der z-Achse des eingezeichneten
Koordinatensystems entspricht, rechtwinklig zur Längsachse des
Patienten verläuft.
Zum Kompensieren einer in z-Richtung im Inneren des Körpers des
Patienten bestehenden Feldverzerrung wird ein Korrekturspulen
satz verwendet, der im Beispiel aus vier ringförmigen Draht
schleifen oder Ringspulen oder Korrekturspulen 2 bis 5 mit je
einer Windung besteht, die in einer Ebene konzentrisch zueinan
der angeordnet sind, wobei sich die vier Ströme in den Spulen
unabhängig voneinander einstellen lassen. Eine kreisförmige
Ringspule erzeugt entlang ihrer Achse ein Magnetfeld, das in
Richtung dieser Achse zeigt. Durch Variation der Ströme ist es
nun möglich, außerhalb der Ebene der Spule ein Profil des magne
tischen Feldes zu erzeugen, das näherungsweise einer möglichen
Störung entgegengerichtet ist. In diesem Beispiel fallen die
Feldrichtung der Korrekturspulen 2-5 und die Richtung des
Hauptmagnetfeldes Bo zusammen, und die Längsrichtung des
Patienten 1, oder allgemeiner der Probe, verläuft quer dazu.
Eine derartige Konstellation liegt z. B. im Inneren eines
Polschuhmagneten vor.
Als lokale Störung des Feldes Bo wird ein trapezförmiger Verlauf
angenommen, wie er in Fig. 3a durch die Kurve 1 dargestellt
ist. Die waagrechte Achse ist die z-Achse (der Nullpunkt liegt
in der Ebene der Spulen 2 bis 5), die senkrechte Achse ist die
Abweichung des Feldes, normiert auf 0,0001 T. Die in
Fig. 3 eingezeichnete Abweichung von 0,00001 T entspricht der
typischen Feldabweichung von einigen ppm, die bei der Spektro
skopie erwartet wird. Durch Anpassung der Ströme in den Spulen
2 bis 5 mit der Forderung, die Abweichung des Feldverlaufes zu
minimieren, ergibt sich die Kurve 2. Die Ströme durch die ein
zelnen Spulen 2-5 sind in Fig. 2 eingetragen. Sie betragen
für die einzelnen Spulen von außen nach innen 26,6 A; -28,6 A;
11,3 A; -0,7 A; dabei bedeutet ein negatives Vorzeichen, daß
die Stromrichtung im Vergleich zu einer Spule mit einer
positiven Stromangabe entgegengesetzt fließt.
Der Spulensatz 2-5 liegt auf dem Patienten 1 auf. Durch die
Atmung des Patienten hervorgerufene Bewegungen der Spule können
durch Triggern berücksichtigt werden. Die Durchmesser der
einzelnen Spulen betragen von außen nach innen etwa 36 cm,
20 cm, 12 cm und 6 cm.
Im Beispiel ist es gelungen, die im Inneren des Patienten vor
handene lokale Störung des Magnetfeldes Bo in der Nähe der
Oberfläche (das Zentrum der Abweichung liegt etwa 5 cm unterhalb
der Oberfläche) zu verringern. Der die lokale Magnetfeldstörung
verursachende Bereich 10 im Körper des Patienten 1 ist in Fig. 2
schraffiert. Fig. 2 enthält auch eine Maßstabangabe.
Im Beispiel der Fig. 3b wird eine lokale Störung des Feldes Bo
angenommen, die wiederum im Inneren der Probe lokalisiert ist.
Diesmal liegt die Störung in einem Abstand von etwa 10 cm von
der Ebene der Spulen 2 bis 5. Mit dem Korrekturspulensystem
der Spulen 2-5 ist auch hier eine deutliche Verbesserung der
Homogenität möglich, wobei allerdings die Abweichung gegenüber
dem ersten Beispiel (Fig. 3a) größer ist. In Fig. 3a und 3b
ist die Korrektur so vorgenommen, daß außerhalb des zu korri
gierenden Bereichs keine störenden Verzerrungen des Magnetfelds
Bo erzeugt werden, so daß es möglich ist, den Patienten 1
vollständig zu spektroskopieren.
Soll die Spektroskopie nur über einen räumlich kleinen Teil
der Probe durchgeführt werden, so kann sich die Optimierung
auf genau diesen Teil beschränken. Das Prinzip ist in Abbildung
3c erläutert, bei der die Anpassung erst ab einem z-Wert von
3 cm durchgeführt wird, wobei unterhalb dieses Bereiches eine
erhebliche Abweichung des Feldes Bo vom homogenen Verlauf be
steht.
Anhand der Fig. 4 bis 6 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin
dung beschrieben, bei dem rechteckige Leiterschleifen verwendet
werden. Bei diesem Beispiel liegt die Längsachse des Patienten 1
in Richtung des Magnetfeldes Bo, wie dies im allgemeinen bei
einem horizontalen supraleitenden Magneten der Fall ist. Es
sind hier Sätze 11 und 21 mit jeweils vier konzentrischen recht
eckigen Leiterschleifen 12 bis 15 einerseits und 22 bis 25
andererseits vorgesehen, wobei jede Leiterschleife nur eine
einzige Windung aufweist und die Richtungen der einzelnen Ab
schnitte in Richtung des Feldes Bo und in Richtung der x-Achse
verlaufen. Die Leiterschleifen liegen im Beispiel alle in einer
Ebene, die rechtwinklig zur y-Achse verläuft. Sie sind durch
einen gemeinsamen Träger gehalten, so daß die Leiterschleifen
ihre gegenseitige Lage nicht ändern können. Die Ströme sind im
Beispiel so gewählt, daß die einander unmittelbar benachbarten,
in x-Richtung verlaufenden Abschnitte der Leiterschleifen 12
und 22 von einem Strom von 3,65 A in der gleichen Richtung
durchflossen werden, daß die hierzu parallelen nächstfolgenden
Abschnitte beider Leiterschleifen 13 bzw. 23 in umgekehrter
Richtung aber von einem jeweils gleich großen Strom von -19,7 A
durchflossen werden, die hierzu parallelen nächstfolgenden
Abschnitte der Leiterschleifen 14 bzw. 24 von einem Strom von
19,6 A (in gleicher Richtung wie die genannten Abschnitte der
äußersten Leiterschleifen) durchflossen werden und die einander
benachbarten, in x-Richtung verlaufenden Abschnitte der inner
sten Leiterschleifen 15 und 25 von einem Strom von 5,9 A durch
flossen werden. Für die Korrektur des Feldes Bo werden ledig
lich die jeweils vier geraden und zueinander und zur x-Achse
parallelen Leiterabschnitte betrachtet, die einander zugewandt
sind. Nur diese Leiter sind in Fig. 5 dargestellt. Die in
Fig. 4 am weitesten rechts und links liegenden vier parallel
zur x-Achse verlaufenden Abschnitte der Spulensätze oder Leiter
schleifensätze 11 und 21 bewirken in ihrer unmittelbaren Umge
bung ebenfalls eine starke Veränderung des Feldes Bo, jedoch
nur eine geringe in dem hier interessierenden Bereich, der
sich im wesentlichen im Bereich einer zwischen den beiden
Spulensätzen 11 und 21 und quer zur z-Achse verlaufenden Ebene
befindet.
Fig. 6 zeigt beispielhaft durch die Kurve 1 und 2, wie auch
hier eine Korrektur einer Feldabweichung in der Größe von
0,00001 T korrigiert werden kann. Der Abstand von der Ebene
der Sätze 11 und 21 ist mit R bezeichnet, weil eine Korrektur
in radialer Richtung (bezüglich Bo) erfolgt.
Anhand des in Fig. 7 und 8 beschriebenen dritten Ausführungs
beispiels wird gezeigt, daß auch Korrekturspulensätze, die in
mehreren Ebenen liegen, vorgesehen werden können. Bei diesem
dritten Ausführungsbeispiel werden zwei Sätze 31 und 41 mit
jeweils zwei konzentrischen Ringspulen 32 und 33 einerseits und
42 und 43 andererseits verwendet, wobei die jeweils eine einzige
Windung aufweisenden Ringspulen 32 und 33 konzentrisch zueinan
der und in einer ersten Ebene 35 angeordnet sind und die eben
falls jeweils eine einzige Windung aufweisenden Ringspulen 42
und 43 ebenfalls konzentrisch zueinander und in einer Ebene 36
angeordnet sind, die parallel zur Ebene 35 und quer zur z-Rich
tung verläuft. Alle diese Spulen werden von einem gemeinsamen
Träger aus Kunststoff gehalten. Wenn die größere (äußere) Spule
32 des unmittelbar am Patienten anliegenden Spulensatzes 31
einen Strom von -1,54 A führt, und die innere Spule 33 einen
Strom von 2,63 A, ferner die äußere Spule 42 des im Abstand vom
Patienten angeordneten Spulensatzes 41 einen Strom von -6,54 A
und die innere Spule 43 einen Strom von -9,55 A, so ist der in
Fig. 8 durch Kurve 2 gezeigte korrigierte Verlauf des Feldes
Bo erzielbar, wogegen der nicht korrigierte Feldverlauf wieder
durch die Kurve 1 dargestellt wird. Die Entfernung z wird von
dem am Patienten 1 anliegenden Spulensatz 31 an gemessen.
Der lichte Abstand der Leiterschleifen 12 und 22 beträgt 6 cm,
der lichte Abstand der Leiterschleifen 13 und 23 beträgt 12 cm,
der lichte Abstand der Leiterschleifen 14 und 24 beträgt 20 cm,
der lichte Abstand der Leiterschleifen 15 und 25 beträgt 36 cm.
Die Längen der Leiter in x-Richtung und die Positionen der in
z-Richtung am weitesten rechts und links liegenden Leiterab
schnitte müssen jeweils groß sein gegenüber den genannten lich
ten Abständen. Im Rechenbeispiel wurden diese Ausdehnungen
jeweils als unendlich angenommen. Selbstverständlich kann in
einem konkreten Ausführungsbeispiel ihr Einfluß berücksichtigt
werden.
Die Abmessungen beim dritten Beispiel (Fig. 7) sind wie folgt:
Der Abstand der Spulenebenen beträgt 6 cm, der Durchmesser der
inneren Leiterschleifen 33 und 43 beträgt 6 cm, der Durchmesser
der äußeren Leiterschleifen 32 und 42 beträgt 12 cm.
Beim zweiten Beispiel (Fig. 4-6) werden die jeweils äußeren
Leiterschleifen oder Spulen 12, 22 gegenläufig vom gleichen
Strom durchflossen, und auch die anderen Spulen werden jeweils
gegenläufig von jeweils gleichen Strömen durchflossen. Außerdem
sind die Spulen jeweils von gleicher Größe. Bei diesem Beispiel
kann es sein, daß beim Schalten von Gradientenfeldern dann,
wenn die einzelnen Spulen, die von jeweils gleich großen, aber
gegenläufigen Strömen durchflossen werden, jeweils miteinander
verbunden sind und an einer einzigen Stromquelle angeschlossen
sind, sich die durch das Schalten von Gradienten erzeugten
Spannungen gegenseitig aufheben, so daß keine Stromänderung in
den Spulen erfolgt. Dieser Effekt tritt dagegen beim ersten
Ausführungsbeispiel und beim dritten Ausführungsbeispiel mit
großer Wahrscheinlichkeit nicht auf. Es können daher, sofern
dies als notwendig angesehen wird, in einem relativ großen
Abstand vom Patienten weitere Spulen, die die gleiche Größe
wie die in unmittelbarer Nähe des Patienten angeordneten Spule
haben können, vorgesehen sein, und zwar in einer derartigen
Orientierung, und mit den nahe am Patienten angeordneten Spulen
in der Weise verbunden, daß sich die durch das Schalten von
Gradientenfeldern erzeugten Spannungen gegenseitig aufheben.
Diese weiteren Spulen tragen dabei nicht zu einer Änderung des
Felds Bo im Inneren des Patienten bei. Es versteht sich, daß
diese weiteren Spulen, falls gewünscht, auch unmittelbar auf
solche Körperteile des Patienten aufgelegt werden können, die
bei der speziellen Untersuchung nicht interessieren.
Grundsätzlich können stromdurchflossene Leiterschleifen durch
magnetische Körper ersetzt werden, deren Umfang der ersetzten
Leiterschleife entspricht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist daher vorgesehen, einen Teil der elektrischen Leiter durch
passive paramagnetische, ferromagnetische oder auch diamagne
tische Korrekturelemente zu ersetzen oder zu ergänzen. Die
Dimensionierung der Korrekturelemente wird in Analogie zur
Berechnung der Leiterschleifen in den vorangehenden Beispielen
oder mit anderen im Stand der Technik an sich bekannten Rechen
methoden durchgeführt.
In Fig. 9 ist die innerste Leiterschleife 5 aus dem Beispiel
der Fig. 2 ersetzt durch eine paramagnetische Kreisscheibe 55
mit einem Durchmesser von 6 cm und einer Dicke von 1 mm. Ihre
Magnetisierung beträgt 3,65×103A/m. Die damit erreichte
Korrekturwirkung entspricht genau dem Beispiel der Fig. 3a.
Fig. 10 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung einen
Kernspintomographen mit einem Hauptmagneten 70, in dessen Boh
rung 72 eine vorzugsweise biologische Probe 1, beispielsweise
ein Patient eingeschoben werden kann, wobei die zur Korrektur
des Felds Bo erforderlichen Korrekturspulen 73, 74, 75, wie
sie bei einem herkömmlichen Kernspintomographen vorhanden sind,
die ohne Vorhandensein einer Probe ein möglichst homogenes
Feld Bo erzeugen, eingezeichnet sind, und außerdem Gradienten
spulen 76, 77 und 78 dargestellt sind, die mit Gradientennetz
geräten 79, 80 bzw. 81 verbunden sind. An der Probe 1 liegen
die in Fig. 4 gezeigten weiteren Korrekturspulensätze 11 und
21 an. Die Probe 1 mit den Korrekturspulensätzen 11 und 21
befindet sich im Inneren eines Probenkopfes 82, mit dem Hoch
frequenzpulse in die Probe eingestrahlt werden und die von den
Kernspins der Probe erzeugte Hochfrequenz empfangen wird. Ein
Computer 100 verarbeitet die aus der Probe empfangenen Signale
und stellt auf einem Ausgabegerät 110 (Sichtgerät) das Ergebnis
dar.
Claims (14)
1. Verfahren zur NMR-spektroskopischen Untersuchung biologischer
Proben mit einer Magnetspule zur Erzeugung eines
in einem Untersuchungsvolumen weitgehend homogenen Magnetfelds
und einem Satz von fest installierten Korrekturspulen,
die ausreichen, aufgrund von Unzulänglichkeiten der
Magnetspule verbleibende Magnetfeldinhomogenitäten zu
eliminieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem für die spektroskopische Untersuchung
ausgewählten Bereich innerhalb der Probe lokale Inhomogenitäten
der magnetischen Suszeptibilität ermittelt
werden, daß mindestens ein zusätzlicher elektrischer Leiter,
vorzugsweise eine zusätzliche Korrekturspule, innerhalb
des Untersuchungsvolumens in unmittelbarer Nähe der
Probe (1) in einer ausgewählten Position angeordnet wird,
wobei der zusätzliche elektrische Leiter wesentlich kleiner
ist als die Probe (1), wobei der zusätzliche Leiter in
einem ersten Schritt (a) orientiert und mit Strom beschickt
wird, und wobei in dem ausgewählten Bereich in einem zweiten
Schritt (b) in an sich bekannter Weise ein volumenselektives
NMR-Spektrum aufgenommen wird, und daß die Schritte
(a) und (b) so lange wiederholt werden, bis die durch
die lokalen Inhomogenitäten der magnetischen Suszeptibilität
bewirkten lokalen Feldinhomogenitäten zumindest
teilweise eliminiert sind.
2. Kernspintomograph zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein
zusätzlicher elektrischer Leiter, vorzugsweise eine zusätzliche
Korrekturspule, vorhanden ist, der innerhalb
des Untersuchungsvolumens in unmittelbarer Nähe der Probe
(1) in einer aus einer Mehrzahl von Positionen angeordnet
werden kann, daß der zusätzliche elektrische Leiter wesentlich
kleiner ist als die Probe (1), und daß der zusätzliche
Leiter so ausgebildet ist, daß er beim Beschicken mit
Strom ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt und so orientiert
und mit solchen Strömen beschickt werden kann, daß die
dadurch erzeugten inhomogenen Magnetfelder in einem ausgewählten
Bereich innerhalb der Probe, der lokale Inhomogenitäten
der magnetischen Suszeptibilität aufweist, die
dadurch bewirkten lokalen Feldinhomogenitäten zumindest
teilweise eliminieren.
3. Kernresonanzspektrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der zusätzliche Leiter in einem Träger angeordnet
ist.
4. Kernresonanzspektrometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der zusätzliche Leiter aus eine Position
verlagerbar ist, in der er den Transport der Probe in den
Probenraum des Kernresonanzspektrometers und den Transport
der Probe aus diesem Raum heraus nicht behindert.
5. Kernresonanzspektrometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der zusätzliche Leiter aus dem Probenraum
entfernbar ist.
6. Kernresonanzspektrometer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche
Leiter eine Flachspule ist.
7. Kernresonanzspektrometer nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Satz aus mehreren Flachspulen (2-5; 12-15;
22-25; 32, 33; 42, 43) mit unterschiedlichen Abmessungen
vorgesehen ist, die ineinanderliegend angeordnet sind.
8. Kernresonanzspektrometer nach einem der Ansprüche 2 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Korrekturspulen
(12-15; 22-25) im wesentlichen in einer Ebene mit Abstand
voneinander angeordnet sind.
9. Kernresonanzspektrometer nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß mehrere Sätze (12-15; 22-25) im wesentlichen
in einer Ebene mit Abstand voneinander angeordnet sind.
10. Kernresonanzspektrometer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Korrektur
spulen (32, 33; 42,43) im wesentlichen parallel zueinander
und gleichachsig mit Abstand in Richtung ihrer Achsen
angeordnet sind.
1. Kernresonanzspektrometer nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß mehrere Sätze (32, 33; 42, 43) im wesentlichen
parallel zueinander und gleichachsig mit Abstand in Rich
tung ihrer Achsen angeordnet sind.
12. Kernresonanzspektrometer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens
ein lokales magnetisierbares Korrekturelement (55)
vorgesehen ist.
13. Kernresonanzspektrometer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung
zur Kerninterferographie als Mittel zum Erkennen von Feld
inhomogenitäten durch Suszeptibilitätsvariation aufweist.
14. Kernresonanzspektrometer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
elektrische Leiter so ausgebildet, angeordnet und miteinan
der verbunden sind, daß eine Stromänderung in ihnen durch
Induktion infolge Gradientenschaltens zumindest weitgehend
verhindert ist, und daß mindestens einer der genannten
elektrischen Leiter der in unmittelbarer Nähe der Probe
anzuordnende Leiter ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3937150A DE3937150A1 (de) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | Kernresonanzspektrometer |
US07/610,373 US5173661A (en) | 1989-11-08 | 1990-11-06 | Nuclear magnetic resonance spectrometer |
GB9024194A GB2237883B (en) | 1989-11-08 | 1990-11-07 | Nuclear magnetic resonance spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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