DE102015109678A1

DE102015109678A1 - Dynamic Fourier-space magnetic resonance

Info

Publication number: DE102015109678A1
Application number: DE102015109678.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Jacob; Volker Herold
Original assignee: Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Current assignee: Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-22
Also published as: EP3311183A1; WO2016202720A1

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Detektion der Bewegung von mikroskopischen Partikeln, Strukturen oder Lebewesen in einem transparenten oder nicht-transparenten Probenvolumen, mit den folgenden Schritten: – Einbringen des Probenvolumens in eine MR-Einrichtung, – Erzeugen und Erfassen einer zeitlichen Abfolge von MR-Signalen, die jeweils einem selben Vektor oder Bereich im reziproken Ortsraum entsprechen, und/oder Erzeugen und Erfassen einer zeitlichen Abfolge von MR-Signalen, die jeweils einem selben Vektor oder Bereich in einem zu einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung oder einer Zeitableitung der Beschleunigung reziproken Raum entsprechen, und Ableiten von Information bezüglich der Bewegung oder bezüglich von die Bewegung beeinflussenden Probeneigenschaften mit Hilfe einer statistischen Auswertung der genannten zeitlichen Abfolge der genannten MR-Signale.The invention encompasses a method for detecting the movement of microscopic particles, structures or living beings in a transparent or non-transparent sample volume, with the following steps: introduction of the sample volume into an MR device, generation and recording of a temporal sequence of MR images Signals each corresponding to a same vector or area in reciprocal space of location, and / or generating and detecting a temporal sequence of MR signals, each having a same vector or area in a space reciprocal to a speed, an acceleration or a time derivative of the acceleration and deriving information relating to the movement or to sample properties influencing the movement by means of a statistical evaluation of said time sequence of said MR signals.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Magnetresonanzdetektion. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Detektion der Bewegung von mikroskopischen Partikeln, Strukturen oder Lebewesen in einem transparenten oder nicht-transparenten Probenvolumen, sowie eine zugehörige Steuerungseinrichtung und ein Computerprogrammprodukt.The present invention is in the field of magnetic resonance detection. In particular, it relates to a method for detecting the movement of microscopic particles, structures or organisms in a transparent or non-transparent sample volume, as well as an associated control device and a computer program product.

HINTERGRUND UND VERWANDTER STAND DER TECHNIKBACKGROUND AND RELATED ART

1 zeigt zum Zwecke der Erläuterung und Begriffsklärung eine schematische Darstellung der Hauptbestandteile einer MR-Bildgebungsvorrichtung 10. Die MR-Einrichtung 10 umfasst einen Hauptmagneten 12, der ein starkes Magnetfeld in einer Richtung erzeugt, die üblicherweise als z-Richtung bezeichnet wird. Der Hauptmagnet 12 kann beispielsweise durch supraleitende Spulen oder starke Permanentmagneten erzeugt werden. Zur Korrektur von statischen Magnetfeldinhomogenitäten sind zusätzlich lokal ansteuerbare sogenannte „Shimspulen” 14 verbaut. Die räumliche Kodierung des MR-Signals erfolgt über lineare Magnetfeldgradienten G_i wobei i = x, y oder z. Die Magnetfeldgradienten werden durch zugehörige Gradientenspulen erzeugt, die in 1 allgemein mit Bezugszeichen 16 bezeichnet sind. Schließlich umfasst die MR-Einrichtung 10 noch mindestens eine HF-Spule 18, die dazu bestimmt ist, hochfrequente elektromagnetische Wechselfelder am Ort der Probe (nicht gezeigt) zu erzeugen und zu detektieren. Insbesondere dient die HF-Spule 18 dazu, sogenannte Anregungspulse zu erzeugen, die dazu dienen, den mit der Hauptmagnetfeldrichtung (z-Richtung) ausgerichteten Kernspin – anschaulich gesprochen – in die x-y-Ebene zu „klappen”. Dies geschieht dann, wenn Resonanzbedingungen herrschen, d. h. wenn die Frequenz des Wechselfeldes des Anregungspulses der Larmorfrequenz des zu untersuchenden Kernspins der Probe in dem lokal anliegenden Magnetfeld entspricht. 1 For the purpose of explanation and explanation of the terms, is a schematic representation of the main components of an MRI apparatus 10 , The MR device 10 includes a main magnet 12 which generates a strong magnetic field in a direction commonly referred to as a z-direction. The main magnet 12 can be generated for example by superconducting coils or strong permanent magnets. For the correction of static magnetic field inhomogeneities additionally locally controllable so-called "shim coils" 14 installed. The spatial encoding of the MR signal takes place via linear magnetic field G _i where i = x, y or z. The magnetic field gradients are generated by associated gradient coils, which in 1 generally with reference numerals 16 are designated. Finally, the MR device includes 10 at least one RF coil 18 , which is intended to generate and detect high-frequency alternating electromagnetic fields at the location of the sample (not shown). In particular, the RF coil is used 18 to generate so-called excitation pulses, which serve to "fold" the magnetic field aligned with the main magnetic field direction (z-direction) - literally speaking - in the xy plane. This happens when resonance conditions prevail, ie when the frequency of the alternating field of the excitation pulse corresponds to the Larmor frequency of the nuclear spins to be examined of the sample in the locally applied magnetic field.

Ferner kann mit der HF-Spule 18 ein Messsignal empfangen werden, d. h. die HF-Spule 18 (oder eine weitere HF-Spule) wirkt als eine Antenne für HF-Signale. Obwohl in 1 der Einfachheit halber nur eine HF-Spule 18 gezeigt ist, können abweichend hiervon auch mehrere Sendespulen und eine Vielzahl von Empfangsspulen vorgesehen sein.Furthermore, with the RF coil 18 receive a measurement signal, ie the RF coil 18 (or another RF coil) acts as an antenna for RF signals. Although in 1 for simplicity, only an RF coil 18 shown, may be provided deviating from this, a plurality of transmitting coils and a plurality of receiving coils.

Die Shimspulen 14, die Gradientspulen 16 und die HF-Spule 18 sind mit einer Steuerungseinrichtung 20 verbunden, die die Shimspulen und Gradientenspulen ansteuert und die eine Sende- und Empfangselektronik für die HF-Spule 18 bildet bzw. ansteuert.The shim coils 14 , the gradient coils 16 and the RF coil 18 are with a control device 20 connected, which controls the shim coils and gradient coils and the transmitting and receiving electronics for the RF coil 18 forms or controls.

In modernen MR-Bildgebungseinrichtungen basiert die Erzeugung eines MR-Bildes aus einer MR-Messung zumeist auf der sogenannten MR-Fourier-Bildgebung. Dabei wird während der Signalaufnahme das zunächst ortsunabhängige Signal mit Hilfe von Magnetfeldgradienten ortskodiert. Mathematisch betrachtet ist diese Kodierung analog zu der Erzeugung eines Beugungsbildes aus einer ortsabhängigen Spindichteverteilung, die das eigentliche Bild repräsentiert. Das MR-Messsignal S(k) entspricht dabei der Fourier-Transformierten der Spindichteverteilung ρ(r) als Funktion des zum Ortsraum reziproken Vektors k: S(k) = ∫drρ(r)e^i2π(r·k) (1) In modern MR imaging devices, the generation of an MR image from an MR measurement is mostly based on so-called MR Fourier imaging. During the signal recording, the initially location-independent signal is spatially coded with the aid of magnetic field gradients. Mathematically, this coding is analogous to the generation of a diffraction image from a location-dependent spin density distribution, which represents the actual image. The MR measurement signal S (k) corresponds to the Fourier transform of the spin density distribution ρ (r) as a function of the vector k which is reciprocal to the spatial domain: S (k) = ∫drρ (r) e ^{i2π (rk)} (1)

In der vorliegenden Offenbarung werden Vektoren, wie beispielsweise der Ortsvektor r und der zum Ortsraum reziproke Vektor k durch Fettdruck gekennzeichnet.In the present disclosure, vectors such as the location vector r and the vector k reciprocal to the location space are designated by bold type.

Um ein vollständiges Bild aufzunehmen, muss das Messsignal S(k) über den zum Ortsraum reziproken Raum, den sogenannten „k-Raum” abgetastet werden. Der „k-Raum” bzw. zum Ort reziproke Raum wird in der vorliegenden Offenbarung auch als „reziproker Ortsraum” bezeichnet. Die Punkte im k-Raum werden auch als „Ortsraumfrequenzen” bezeichnet und entsprechen einer linearen Modulation der Signalphase im Ort und werden durch das Anlegen geeigneter zeitabhängiger Magnetfeldgradienten G(t) erzeugt. Der Zusammenhang zwischen einem Vektor im k-Raum und dem Magnetfeldgradienten ergibt sich wie folgt: k_i = γ / 2π∫ t / 0G_i(τ)dτ, (2) wobei t die Zeit repräsentiert, während der der Magnetfeldgradient eingeschaltet ist, und γ das gyromagnetische Verhältnis repräsentiert.In order to take a complete picture, the measurement signal S (k) must be scanned over the space reciprocal to the location space, the so-called "k-space". The "k-space" or space reciprocal is also referred to as "reciprocal space" in the present disclosure. The points in k-space are also referred to as "spatial frequencies" and correspond to a linear modulation of the signal phase in place and are generated by the application of suitable time-dependent magnetic field gradients G (t). The relationship between a vector in k-space and the magnetic field gradient is as follows: k _i = γ / 2π∫ t / 0G _i (τ) dτ, (2) where t represents the time during which the magnetic field gradient is on, and γ represents the gyromagnetic ratio.

2 zeigt den Betrieb der MR-Einrichtung 10 von 1 schematisch in einem Zeitdiagramm. Genauer zeigt 2 einen Hochfrequenzanregungspuls, der mit einem Magnetfeldgradienten in z-Richtung G_z überlagert wird, der Resonanzbedingungen in einer Schicht, die einem bestimmten z-Wert entspricht, erzeugt. Insofern dient der Magnetfeldgradient G_z der Selektion einer Schicht innerhalb des Probenvolumens, die senkrecht zur z-Richtung liegt. Die Dauer des Anregungspulses und die Amplitude des zugehörigen HF-Feldes bestimmen die Größe des Winkels, um den die Magnetisierung der Kernspins aus der z-Richtung herausgedreht wird, wobei der Winkel im Fachgebiet auch als „Flip-Winkel” bezeichnet wird. Beispielsweise dreht ein sogenannter 90°-Puls die Magnetisierung vollständig in die x-y-Ebene. In der Praxis können jedoch auch Anregungspulse mit zugehörigen Flip-Winkeln von deutlich unter 90° verwendet werden. Die Magnetfeldgradientenfelder G_x und G_y dienen der Ortskodierung in x- bzw. y-Richtung. Die Zeitdauer zwischen der Mitte des Anregungspulses und der Mitte des zu messenden HF-Signal-Echos bezeichnet man als Echozeit (T_e), und die in 2 gezeigte Messsequenz wird im Fachgebiet als „Gradientenecho-Sequenz” bezeichnet. 2 shows the operation of the MR device 10 from 1 schematically in a time diagram. Exactly shows 2 a high frequency excitation pulse superimposed with a magnetic field gradient in the z direction G _z, which generates resonance conditions in a layer corresponding to a certain z value. In this respect, the magnetic field gradient G _z serves to select a layer within the sample volume that is perpendicular to the z-direction. The duration of the excitation pulse and the amplitude of the associated RF field determine the magnitude of the angle by which the magnetization of the nuclear spins is rotated out of the z-direction, the angle also being referred to in the art as "flip-angle". For example, a so-called 90 ° pulse completely turns the magnetization into the xy plane. In practice, however, excitation pulses with associated flip angles of well below 90 ° can be used. The magnetic field gradient fields G _x and G _y are used for spatial coding in the x and y directions. The time between the center of the excitation pulse and the middle of the RF signal echo to be measured is called the echo time (T _e ), and the in 2 The measurement sequence shown is referred to in the art as "gradient echo sequence".

In der üblichen MR-Bildgebung wird der k-Raum Zeile für Zeile abgetastet. Dazu kann der Anregungspuls angewandt werden, während eine Schicht mittels des Magnetfeldgradienten G_z ausgewählt wird. Nach der Zeit T_e wird das Echo empfangen und währenddessen der Magnetfeldgradient G_x angelegt, der aus diesem Grund auch als „Read-out-Gradient” bezeichnet wird. Der y-Gradient wird nach dem Anregungspuls kurz an- und wieder ausgeschaltet, was zu einer Änderung der Phase des Signals führt. Daher wird der Magnetfeldgradient G_y auch als „Phasenkodier-Gradient” bezeichnet.In conventional MR imaging, k-space is scanned line by line. For this purpose, the excitation pulse can be applied while a layer is selected by means of the magnetic field gradient G _z . After the time T _e , the echo is received, during which the magnetic field gradient G _{x is} applied, which for this reason is also referred to as a "read-out gradient". The y-gradient is briefly turned on and off after the excitation pulse, resulting in a change in the phase of the signal. Therefore, the magnetic field gradient G _{y is} also referred to as "phase-encoding gradient".

3 zeigt das weitere Vorgehen in einem üblichen MR-Bildgebungsverfahren schematisch: Zunächst wird das Messsignal über den gesamten reziproken Raum (k-Raum) zeilenweise abgetastet, wie im linken Abschnitt von 3 schematisch dargestellt ist. Aus dem so gewonnenen Signal im reziproken Raum wird durch Fourier-Transformation das Bild im Ortsraum erzeugt, das schematisch in der rechten Hälfte von 3 dargestellt ist, und das auf geeignete Weise weiter analysiert werden kann. 3 shows the further procedure in a conventional MR imaging method schematically: First, the measurement signal over the entire reciprocal space (k-space) is scanned line by line, as in the left section of 3 is shown schematically. From the signal thus obtained in the reciprocal space, the image is generated in the spatial domain by Fourier transformation, which is shown schematically in the right half of 3 is shown, and which can be analyzed further in a suitable manner.

Die MR-Bildgebung hat eine Vielzahl von Vorteilen und nützlicher Anwendungen, von denen die medizinische Bildgebung die bekannteste und am weitesten verbreitete ist. Die MR-Bildgebung hat jedoch auch wichtige Anwendungen außerhalb der Medizin, insbesondere aufgrund ihres „Durchleuchtungscharakters”. Beispielsweise gestattet die MR-Bildgebung die Erfassung von Partikeln, Strukturen oder Lebewesen in einem Fluid oder anderen Medium, das von einer optisch intransparenten Materie- oder Gewebehülle umgeben ist, wie dies in vielen in vivo Anwendungen der Fall ist.MR imaging has a variety of advantages and useful applications, of which medical imaging is the most popular and widely used. However, MR imaging also has important applications outside of medicine, especially because of its "fluoroscopic nature". For example, MR imaging allows the detection of particles, structures, or animals in a fluid or other medium surrounded by an optically nontransparent matter or tissue envelope, as is the case in many in vivo applications.

Allerdings stellt sich heraus, dass die herkömmliche MR-Bildgebung an ihre Grenzen stößt, wenn die Bewegung speziell von mikroskopischen Partikeln, Strukturen oder Lebewesen zu detektieren ist, weil die herkömmliche MR-Bildgebung nur eine begrenzte zeitliche und räumliche Auflösung gestattet.However, it turns out that conventional MR imaging reaches its limits when the movement is to be detected specifically by microscopic particles, structures or living beings, because the conventional MR imaging allows only a limited temporal and spatial resolution.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Detektion der Bewegung von mikroskopischen Partikeln, Strukturen oder Lebewesen in einem transparenten oder nicht-transparenten Probenvolumen anzugeben, das sowohl zur Detektion der Bewegung auch kleinster Partikel, Strukturen oder Lebewesen geeignet ist und gleichzeitig eine hohe Zeitauflösung gestattet. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer MR-Einrichtung nach Anspruch 12 sowie ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The present invention has for its object to provide a method for detecting the movement of microscopic particles, structures or living beings in a transparent or non-transparent sample volume, which is suitable both for detecting the movement of even the smallest particles, structures or living things and at the same time a high Time resolution allowed. This object is achieved by a method according to claim 1, a control device for controlling an MR device according to claim 12 and a computer program product according to claim 14. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Einbringen eines Probenvolumens in eine MR-Einrichtung,
– Erzeugen und Erfassen einer zeitlichen Abfolge von MR-Signalen, die jeweils einem selben Vektor oder Bereich im reziproken Ortsraum entsprechen, und/oder Erzeugen und Erfassen einer zeitlichen Abfolge von MR-Signalen, die jeweils einem selben Vektor oder Bereich in einem zu einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung oder einer Zeitableitung der Beschleunigung reziproken Raum entsprechen, und
– Ableiten von Information bezüglich der Bewegung oder bezüglich von die Bewegung beeinflussenden Probeneigenschaften mit Hilfe einer statistischen Auswertung der genannten zeitlichen Abfolge der genannten MR-Signale.

The method according to the invention comprises the following steps:

Introducing a sample volume into an MR device,
Generating and detecting a time sequence of MR signals each corresponding to a same vector or area in the reciprocal space, and / or generating and detecting a time sequence of MR signals each having a same vector or area in one at a speed , an acceleration or a time derivative corresponding to the acceleration reciprocal space, and
Deriving information with respect to the movement or with respect to the sample properties influencing the movement by means of a statistical evaluation of said time sequence of said MR signals.

Die Angabe, dass ein Signal einem bestimmten Punkt im jeweiligen reziproken Raum „entspricht”, ist weit zu verstehen und weist darauf hin, dass das Signal einem solchen Punkt zugeordnet werden kann.The statement that a signal "matches" a particular point in the respective reciprocal space is to be understood broadly and indicates that the signal can be assigned to such a point.

Der Begriff der „Zeitableitung der Beschleunigung” ist hierbei nicht auf die erste Zeitableitung der Beschleunigung beschränkt, stattdessen können auch höhere Zeitableitungen der Beschleunigung betrachtet werden. The term "time derivative of acceleration" is not limited to the first time derivative of acceleration, but higher time derivatives of acceleration can be considered instead.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird somit eine zeitliche Abfolge von MR-Signalen erzeugt, die jeweils einem selben Vektor, d. h. im Extremfall einem einzigen Punkt im k-Raum entsprechen. Alternativ kann auch ein bestimmter Bereich im reziproken Ortsraum berücksichtigt werden, aber – abweichend von der üblichen MR-Bildgebung – nicht der gesamte üblicherweise berücksichtigte k-Raum, sondern allenfalls ein sehr geringer Bruchteil desselben. Ferner sieht das Verfahren vor, die genannte zeitliche Abfolge der MR-Signale statistisch auszuwerten, um daraus Information bezüglich der Bewegung oder bezüglich Eigenschaften der Probe abzuleiten, die die Bewegung beeinflussen.According to one embodiment of the method of the invention, a temporal sequence of MR signals is thus generated, each of which is assigned to a same vector, i. H. in extreme cases correspond to a single point in k-space. Alternatively, it is also possible to take into account a specific region in the reciprocal physical space, but not the entire commonly considered k-space, but at most a very small fraction of the same, which deviates from the usual MR imaging. Furthermore, the method provides statistical evaluation of the said time sequence of the MR signals, in order to derive therefrom information relating to the movement or properties of the sample which influence the movement.

Da in jedem Zeitschritt nur ein einziger Punkt (oder ein vergleichsweise kleiner Bereich) im k-Raum erfasst zu werden braucht, kann eine sehr hohe Zeitauflösung erreicht werden. Ferner zeigt es sich, dass die Beschränkungen bezüglich der Ortsauflösung, die in dem oben beschriebenen, üblichen MR-Bildgebungsverfahren vorliegen, beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht bestehen, sondern dass im Gegenteil die Detektion der Bewegung auch von sehr kleinen Partikeln, Strukturen oder Lebewesen möglich wird, deren Durchmesser weit unter der Auflösungsgrenze üblicher MR-Bildgebungsverfahren liegen.Since in each time step only a single point (or a comparatively small area) needs to be detected in k-space, a very high time resolution can be achieved. Furthermore, it turns out that the restrictions on the spatial resolution which are present in the usual MR imaging method described above do not exist in the method according to the invention, but on the contrary that the detection of the movement of very small particles, structures or living beings is possible, their diameters are far below the resolution limit of conventional MR imaging techniques.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die statistische Auswertung die Ermittlung einer Korrelationsfunktion oder mehrerer Korrelationsfunktionen der MR-Signale in der zeitlichen Abfolge. Wie unten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wird, enthalten die Korrelationsfunktionen wesentliche Information bezüglich der Bewegung der Teilchen, die auf diese Art einfach und höchst präzise gewonnen werden kann. Ebenso ist es möglich, Eigenschaften der Probe, die die Bewegung beeinflussen, aus derartigen Korrelationsfunktionen abzuleiten.In an advantageous embodiment, the statistical evaluation comprises the determination of a correlation function or a plurality of correlation functions of the MR signals in the temporal sequence. As will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, the correlation functions contain essential information regarding the movement of the particles, which in this way can be obtained in a simple and highly precise manner. It is also possible to derive properties of the sample which influence the movement from such correlation functions.

Vorzugsweise umfasst das Ableiten von Information das Fitten der einen oder mehreren Korrelationsfunktionen mit einer oder mehreren Modellfunktionen, die mindestens einen die Bewegung charakterisierenden oder beeinflussenden Parameter enthalten.Preferably, deriving information comprises fitting the one or more correlation functions to one or more model functions including at least one parameter characterizing or influencing the motion.

Die Modellfunktionen repräsentieren dabei bestimmte Annahmen über die Bewegung der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen. Durch Fitten der gemessenen Korrelationsfunktion mit einer zugehörigen Modellfunktion kann qualitativ festgestellt werden, ob die der Modellfunktion zugrundeliegenden physikalischen Annahmen zutreffen, und gleichzeitig können durch das Fitten Parameter, die in den Modellfunktionen enthalten sind und die die Bewegung charakterisieren oder beeinflussen, quantitativ bestimmt werden.The model functions represent certain assumptions about the movement of the microscopic particles, structures or living beings. By fitting the measured correlation function with an associated model function, it can be qualitatively determined whether the physical assumptions underlying the model function are true, and at the same time, the fit parameters contained in the model functions that characterize or influence the motion can be quantified.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der mindestens eine die Bewegung charakterisierende Parameter einen oder mehrere der folgenden Parameter: eine konstante Driftgeschwindigkeit einer Brownschen Bewegung, eine konstante Geschwindigkeit, eine Geschwindigkeitsverteilung, eine konstante Beschleunigung, eine Beschleunigungsverteilung oder eine konstante Zeitableitung der Beschleunigung oder ihre Verteilung.In an advantageous embodiment, the at least one parameter characterizing the movement comprises one or more of the following parameters: a constant drift velocity of a Brownian motion, a constant velocity, a velocity distribution, a constant acceleration, an acceleration distribution or a constant time derivative of the acceleration or its distribution.

Vorzugsweise umfasst der mindestens eine die Bewegung beeinflussende Parameter einen oder mehrere der folgenden Parameter:

– die Größe der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen,
– die Viskosität, weitere viskoelastische Eigenschaften und/oder die Temperatur eines die mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen enthaltenen Mediums.

Preferably, the at least one parameter influencing the movement comprises one or more of the following parameters:

The size of the microscopic particles, structures or living beings,
The viscosity, other viscoelastic properties and / or the temperature of a medium containing the microscopic particles, structures or living beings.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Korrelationsfunktion eine Zeit-Korrelationsfunktion eines MR-Signals S(k, t). Insbesondere kann es sich dabei um eine Zeit-Korrelationsfunktion F(k, Δt) handeln, die wie folgt definiert ist: F(k, Δt) = 1 / N<(S(k, t + Δt)S* (k, t)>, wobei

– k ein Vektor im zum Ort reziproken Raum, oder in einem zu einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung oder einer höheren Zeitableitung der Bewegung reziproken Raum ist,
– S(k, t) das zugehörige MR-Signal zum Zeitpunkt t und S*(k, t) das komplex konjugierte Signal ist,
– N die Anzahl der Partikel ist, und
– 〈...〉 eine zeitliche oder eine räumliche Mittelung repräsentiert.

In an advantageous embodiment, the correlation function is a time correlation function of an MR signal S (k, t). In particular, this may be a time correlation function F (k, Δt), which is defined as follows:

F (k, Δt) = 1 / N <(S (k, t + Δt) S * (k, t)>,

in which

K is a vector in space reciprocal to the place, or in a space reciprocal to a velocity, an acceleration or a higher time derivative of the motion,
S (k, t) is the associated MR signal at time t and S * (k, t) is the complex conjugate signal,
- N is the number of particles, and
- <...> represents a temporal or a spatial averaging.

Man beachte, dass hier der Einfachheit halber nur auf die Anzahl der „Partikel” explizit Bezug genommen wurde, Gleiches aber in der vorliegenden Offenbarung auch für Strukturen oder Lebewesen gilt. Die Korrelationsfunktion F(k, Δt) wird im Fachgebiet auch als „intermediate scattering function” bzw. „intermediäre Streufunktion” bezeichnet. Note that for the sake of simplicity, only the number of "particles" has been explicitly referred to here, but the same applies to structures or living beings in the present disclosure. The correlation function F (k, Δt) is also referred to in the field as "intermediate scattering function" or "intermediate scattering function".

Wenn die statische Hintergrundintensität deutlich stärker als der dynamische Anteil ist, kann vorteilhafterweise eine Korrelationsfunktion betrachtet werden, die auf Differenzen von MR-Signalen als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen den Signalen basiert. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Korrelationsfunktion D(k, Δt) betrachtet, die wie folgt definiert ist: D(k, Δt) = 1 / N<|S(k, t + Δt) – S(k, t)|²>, wobei

– k ein Vektor im zum Ort reziproken Raum, oder in einem zu einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung oder einer Zeitableitung der Beschleunigung reziproken Raum ist,
– S(k, t) das zugehörige MR-Signal zum Zeitpunkt t ist,
– N die Anzahl der Partikel ist, und
– 〈...〉 eine zeitliche oder räumliche Mittelung repräsentiert.

If the static background intensity is significantly stronger than the dynamic component, a correlation function based on differences in MR signals as a function of the time interval between the signals can be considered advantageously. In an advantageous embodiment, a correlation function D (k, Δt) is considered, which is defined as follows:

D (k, Δt) = 1 / N <| S (k, t + Δt) - S (k, t) | ² >,

in which

K is a vector in space reciprocal to the locus, or in a space reciprocal to a velocity, an acceleration or a time derivative of the acceleration,
S (k, t) is the associated MR signal at time t,
- N is the number of particles, and
- <...> represents a temporal or spatial averaging.

Die Korrelationsfunktion D(k, Δt) wird im Fachgebiet auch als „Strukturfunktion” bezeichnet.The correlation function D (k, Δt) is also referred to in the art as a "structure function".

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die statistische Auswertung das Ermitteln eines dynamischen Strukturfaktors.In an advantageous development, the statistical evaluation comprises the determination of a dynamic structure factor.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die MR-Signale, die einem Vektor k im reziproken Ortsraum entsprechen, durch das Anlegen eines zeitabhängigen Magnetfeldgradienten G(τ) erzeugt, wobei der folgende Zusammenhang zwischen dem zum Ortsraum reziproken Vektor k und dem Magnetfeldgradienten G(τ) gilt, der auch in der üblichen MR-Bildgebung ausgenutzt wird und in der obigen Gleichung (2) angegeben ist: k_i = γ / 2π∫ t / 0G_i(τ)dτ. In a preferred embodiment, the MR signals corresponding to a vector k in the reciprocal space are generated by the application of a time-dependent magnetic field gradient G (τ), the following relationship between the vector reciprocal to the position space k and the magnetic field gradient G (τ) which is also exploited in the usual MR imaging and given in the above equation (2): k _i = γ / 2π∫ t / 0G _i (τ) dτ.

Auf diese Weise lassen sich die MR-Signale im zum Ortsraum reziproken k-Raum einfach und selektiv ermitteln.In this way, the MR signals can be easily and selectively determined in the space reciprocal k-space.

Man beachte, dass das Verfahren der Erfindung eine gewisse konzeptionelle Ähnlichkeit mit einem optischen Verfahren hat, das als „differential dynamic microscopy” bekannt ist und in Cerbino R, Trappe V: Differential dynamic microscopy: probing wave vector dependent dynamics with a microscope. 2008; Phys Rev Lett 100, 188102 beschrieben ist. Allerdings bestehen wesentliche und grundsätzliche Unterschiede zu der differential dynamic microscopy. Anders als in der Optik ist es in der MR-Bildgebung möglich, einzelne k-Raum-Punkte durch MR-Sequenzen gezielt anzusteuern, wie sie in 2 gezeigt sind. Diese direkte Ansteuerung und Aufnahme einzelner k-Raum-Punkte ist nur mit einem Verfahren möglich, dessen Daten-Akquisition – anders als bei der differential dynamic microscopy – im Fourier-Raum stattfindet. Mit dem Verfahren der Erfindung können daher Daten selektiv im k-Raum akquiriert werden, ohne dass zusätzliche redundante Information generiert wird.Note that the method of the invention has some conceptual similarity with an optical method known as "differential dynamic microscopy" and in US Pat Cerbino R, Trappe V: Differential dynamic microscopy: probing wave vector dependent dynamics with a microscope. 2008; Phys Rev Lett 100, 188102 is described. However, there are significant and fundamental differences to the differential dynamic microscopy. Unlike in optics, it is possible in MR imaging to specifically target individual k-space points using MR sequences, as in 2 are shown. This direct control and recording of individual k-space points is only possible with a method whose data acquisition - unlike differential dynamic microscopy - takes place in Fourier space. Therefore, with the method of the invention, data can be selectively acquired in k-space without generating additional redundant information.

Weitere Unterschiede zu optischen Verfahren bestehen in dem „Durchleuchtungscharakter” der MR-Bildgebung, die beispielsweise Messungen an einem Fluid innerhalb einer optisch intransparenten Materie oder Gewebehülle, etwa bei in vivo-Anwendungen gestattet, aber auch in Gels, Pasten oder hinter Abdeckungen, beispielsweise bei einer Prozessüberwachung. Ferner sind MR-Messungen nicht auf einen optischen Kontrast zwischen Umgebungsfluid und Partikeln angewiesen. Stattdessen sind als sogenannte „Tracer” alle Substanzen denkbar, die innerhalb der MR-Bildgebung einen Kontrast erzeugen, beispielsweise paramagnetische Stoffe, Stoffe mit unterschiedlichen Kernspindichten, unterschiedlichem Relaxationsverhalten oder unterschiedlichen Suszeptibilitäten.Further differences to optical methods exist in the "fluoroscopic character" of MR imaging, which allows, for example, measurements on a fluid within an optically non-transparent matter or tissue sheath, for example in vivo applications, but also in gels, pastes or behind covers, for example a process monitoring. Furthermore, MR measurements do not rely on optical contrast between the ambient fluid and particles. Instead, all substances are conceivable as so-called "tracers" which produce a contrast within the MR imaging, for example paramagnetic substances, substances with different nuclear spin densities, different relaxation behavior or different susceptibilities.

Darüber hinaus gestattet die Möglichkeit der MR-Bildgebung, die k-Raum-Ortsfrequenzen direkt mit Hilfe von Magnetfeldgradienten zu generieren, nicht nur die direkte Aufnahme von Daten in der zum Ort komplementären Fourier-Domäne, sondern völlig analog auch in der zur Geschwindigkeit komplementären Fourier-Domäne, wie unten näher erläutert wird.In addition, the possibility of MR imaging to generate the k-space spatial frequencies directly by means of magnetic field gradients, not only allows the direct recording of data in the complementary Fourier domain, but completely analogous in the complementary to the velocity Fourier Domain, as explained in more detail below.

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden daher MR-Signale erzeugt, die einem Vektor k_ν im reziproken Geschwindigkeitsraum entsprechen, indem ein geeigneter Magnetfeldgradient G(τ) angelegt wird. Dabei gilt der folgende Zusammenhang zwischen dem zum Geschwindigkeitsraum reziproken Vektor k_ν und dem Magnetfeldgradienten G(τ): k_v,i = γ / 2π∫ t / 0G_i(τ)·τdτ, wobei G(τ) so gewählt wird, dass gilt: ∫ t / 0G_i(τ)dτ = 0 , also der Vektor k_i im zum Ortsraum reziproken Raum in der Komponente i verschwindet. In an advantageous development, therefore, MR signals are generated which correspond to a vector _kν in the reciprocal velocity space by applying a suitable magnetic field gradient G (τ). In this case, the following relationship applies between the vector reciprocal to the velocity space k _v and the magnetic field gradient G (τ): k _{v, i} = γ / 2π∫t / 0G _i (τ) · τdτ, where G (τ) is chosen such that ∫ t / 0G _i (τ) dτ = 0 , That is the vector k _i disappears in the reciprocal space to the local space in the component i.

Ebenso können durch geeignete Magnetfeldgradienten MR-Signale erzeugt und erfasst werden, die einem Vektor in einem zur Beschleunigung oder einer Zeitableitung der Beschleunigung reziproken Raum entsprechen, wodurch eine gezielte und sehr präzise Analyse der Dynamik der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen möglich wird.Likewise, MR signals can be generated and detected by suitable magnetic field gradients, which correspond to a vector in a space that is reciprocal for acceleration or a time derivative of the acceleration, whereby a targeted and very precise analysis of the dynamics of the microscopic particles, structures or living beings is possible.

Vorzugsweise beträgt der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender MR-Signale in der genannten zeitlichen Abfolge weniger als 0,1 ms, vorzugsweise weniger als 0,01 ms.Preferably, the time interval of successive MR signals in said time sequence is less than 0.1 ms, preferably less than 0.01 ms.

Die Aufzeichnung von MR-Signalen mit derart geringem zeitlichen Abstand, d. h. mit einer entsprechend hohen Zeitauflösung der Dynamik wird dadurch ermöglicht, dass anders als in der üblichen MR-Bildgebung zu jedem diskreten Zeitpunkt nicht der gesamte k-Raum erfasst zu werden braucht, sondern nur ein kleiner Bereich desselben, oder im Extremfall ein einzelner Punkt im k-Raum.The recording of MR signals with such a small time interval, d. H. with a correspondingly high time resolution of the dynamics is made possible by the fact that unlike in conventional MR imaging at every discrete time not the entire k-space needs to be detected, but only a small area of the same, or in extreme cases, a single point in k -Room.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit herkömmlichen MR-Einrichtungen ausgeführt werden, bei denen lediglich die Steuerungseinrichtung entsprechend modifiziert werden muss, wie dies in Anspruch 12 definiert ist. Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, eine MR-Einrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen anzusteuern. Eine derartige Steuerung kann in Hardware, in Software oder einer Mischung daraus verwirklicht werden.The method of the present invention may be practiced with conventional MR devices in which only the controller needs to be modified accordingly, as defined in claim 12. Preferably, the control device is configured to control an MR device for carrying out a method according to one of the embodiments described above. Such control can be implemented in hardware, software, or a mixture thereof.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung einer MR-Einrichtung, bei dessen Ausführung ein Verfahren nach einer der obengenannten Ausführungsformen ausgeführt wird.An advantageous embodiment of the invention relates to a computer program product for controlling an MR device, in the execution of which a method according to one of the abovementioned embodiments is carried out.

Ein derartiges Computerprogrammprodukt kann als zusätzliches bzw. ergänzendes Programm, beispielsweise als Plug-in für die ohnehin vorhandene Steuerungssoftware einer MR-Einrichtung vorgesehen sein. Das Computerprogrammprodukt kann auch aus mehreren Programmen, beispielsweise einem Programmpaket bestehen, das ein oder mehrere Programme zum Ansteuern der MR-Einrichtung zur Erzeugung und Erfassung der genannten zeitlichen Abfolge von MR-Signalen und ein zugehöriges Programm zum Ableiten von Information bezüglich der Bewegung oder bezüglich von die Bewegung beeinflussenden Probeneigenschaften aus der genannten zeitlichen Abfolge der genannten MR-Signale umfasst, wobei das letztgenannte Programm eine statistische Auswertung der zeitlichen Abfolge der MR-Signale durchführt und beispielsweise auf einem separaten Rechner ausgeführt werden kann. Zwischen diesen Programmen besteht insofern ein Zusammenhang, als sie zur Erzeugung bzw. Analyse von der genannten zeitlichen Abfolge von MR-Signalen dienen, die lediglich Teilen, im Extremfall einzelnen Punkten im jeweiligen reziproken Raum entsprechen und bilden im Sinne der vorliegenden Offenbarung zusammen ein „computer program product”.Such a computer program product can be provided as an additional or supplementary program, for example as a plug-in for the already existing control software of an MR device. The computer program product may also consist of a plurality of programs, for example a program package, having one or more programs for driving the MR device for generating and detecting said time sequence of MR signals and an associated program for deriving information relating to the movement or with respect to comprises the movement-influencing sample properties from said time sequence of said MR signals, wherein the latter program performs a statistical evaluation of the time sequence of the MR signals and can be performed for example on a separate computer. There is a connection between these programs insofar as they serve to generate or analyze the time sequence of MR signals which correspond only to parts, in extreme cases individual points in the respective reciprocal space, and together form a computer within the meaning of the present disclosure program product ".

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen und weitere Modifizierungen an der gezeigten Vorrichtung und dem Verfahren sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmanns angesehen werden.For a better understanding of the present invention, reference will now be made to the preferred embodiments illustrated in the drawings, which are described in terms of specific terminology. It should be understood, however, that the scope of the invention should not be so limited since such changes and other modifications to the apparatus and method shown, as well as such other uses of the invention as set forth therein, are to be considered as current or future knowledge of the art competent expert.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung deutlich, in der Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert werden. Darin zeigen:Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following description, in which embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying figures. Show:

1 eine schematische Darstellung von Hauptbestandteilen einer MR-Einrichtung, 1 a schematic representation of main components of an MR device,

2 eine Gradientenecho-Sequenz, in der ein Anregungspuls, ein Messsignal sowie die Magnetfeldgradienten G_x, G_y und G_z als Funktion der Zeit dargestellt sind, 2 a gradient echo sequence in which an excitation pulse, a measurement signal and the magnetic field gradients G _x , G _y and G _{z are plotted} as a function of time,

3 eine veranschaulichende Darstellung des üblichen MR-Bildgebungsverfahrens, 3 an illustrative representation of the conventional MR imaging method,

4 eine veranschaulichende Darstellung des Verfahrens der Erfindung, 4 an illustrative representation of the method of the invention,

5a eine Fotografie einer Probe, die durch sedimentierende Glaskügelchen in Wasser gebildet ist, 5a a photograph of a sample formed by sedimenting glass beads in water,

5b eine herkömmliche bildgebende MR-Aufnahme der Probe von 5a, 5b a conventional MR imaging of the sample of 5a .

6a die Strukturfunktion D(k, Δt) für einen bestimmten Punkt k im k-Raum als Funktion der Zeit für die Probe von 5a, 6a the structure function D (k, Δt) for a given point k in k-space as a function of time for the sample of 5a .

6b den dynamischen Strukturfaktor S_S(k, ν) als Funktion der Geschwindigkeit ν, abgeleitet aus derselben Abfolge von MR-Signalen wie die Strukturfunktion D(k, Δt) von 6a, und 6b the dynamic structure factor S _S (k, ν) as a function of the velocity ν, derived from the same sequence of MR signals as the structure function D (k, Δt) of 6a , and

7 beispielhafte Magnetfeldgradienten zur Kodierung von Punkten k im zum Ortsraum reziproken Raum („k-Raum”), und zum Kodieren von Punkten k_ν von Punkten im zur Geschwindigkeit reziproken Raum. 7 exemplary magnetic field gradients for encoding points k in space reciprocal space ("k-space"), and for encoding points k _v of points in space reciprocal to the velocity.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

4 veranschaulicht das Verfahren der Erfindung, das im Folgenden als „dynamische Fourier-Raum-MR” bezeichnet wird. Wie in der linken Hälfte der 4 symbolisch dargestellt ist, wird zu jedem Zeitpunkt t lediglich ein Punkt im Fourier-Raum abgetastet bzw. „angefahren”. Die Auswahl dieses Punktes geschieht durch die geeignete Wahl der Gradientenfelder G_x, G_y und G_z, wobei der Zusammenhang zwischen dem zum Ortsraum reziproken Vektor k und dem Magnetfeldgradienten G(τ) in der obigen Gleichung (2) angegeben ist. 4 illustrates the method of the invention, which is hereinafter referred to as "dynamic Fourier space MR". As in the left half of 4 is shown symbolically, is scanned at each time t, only one point in Fourier space or "approached". The selection of this point is made by the appropriate choice of the gradient fields G _x , G _y and G _z , wherein the relationship between the space-reciprocal vector k and the magnetic field gradient G (τ) in the above equation (2) is given.

Diese Gradientenfelder können beispielsweise in einer Gradientenecho-Sequenz angelegt werden, wie sie in 2 schematisch dargestellt ist. Anstatt lediglich einen „Punkt” im k-Raum zu messen, kann auch ein bestimmter Bereich im k-Raum abgetastet werden, insgesamt jedoch nur ein geringer Bruchteil des jeweiligen k-Raums, der in einer üblichen MR-Messung, wie sie in 3 gezeigt ist, abgetastet würde. Das Ergebnis einer jeden Messung ist ein MR-Signal S(k), welches wie im Zusammenhang mit Gleichung (1) oben erläutert der Fourier-Transformierten der Spindichteverteilung ρ(r) entspricht.These gradient fields can be applied, for example, in a gradient echo sequence as described in US Pat 2 is shown schematically. Instead of merely measuring a "point" in k-space, it is also possible to scan a certain area in k-space, but overall only a small fraction of the respective k-space, which is used in a conventional MR measurement, as shown in FIG 3 would be scanned. The result of each measurement is an MR signal S (k) which, as explained in connection with equation (1) above, corresponds to the Fourier transform of the spin density distribution ρ (r).

Die Messung wird in kurzen Zeitabständen für denselben Vektor k bzw. denselben Bereich im k-Raum wiederholt, wie durch die in 4 schematisch dargestellten Zeitebenen angedeutet ist. Da die Messung nur für einen Punkt bzw. einen kleinen Bereich im k-Raum auszuführen ist, kann jede Einzelmessung in sehr geringer Zeit durchgeführt werden, typischerweise innerhalb von wenigen Millisekunden oder schneller, sodass eine Abfolge von MR-Signalen S(k) mit einer entsprechend hohen Zeitauflösung erhalten wird.The measurement is repeated at short intervals for the same vector k or the same area in k-space, as indicated by the in 4 is indicated schematically illustrated time levels. Since the measurement is to be performed only for one point or a small area in k-space, each individual measurement can be carried out in a very short time, typically within a few milliseconds or faster, so that a sequence of MR signals S (k) with a correspondingly high time resolution is obtained.

Die so gewonnene Abfolge von MR-Signalen S(k) wird dann statistisch ausgewertet, um Information bezüglich der Bewegung der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen innerhalb der Probe abzuleiten, beispielsweise eine Driftgeschwindigkeit, eine konstante Geschwindigkeit oder eine Geschwindigkeitsverteilung. Zusätzlich oder alternativ können auch Informationen bezüglich Eigenschaften der Probe abgeleitet werden, die die Bewegung der Partikel, Strukturen oder Lebewesen beeinflussen, beispielsweise die Größe bzw. den Durchmesser der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen oder die Viskosität, weitere viskoelastische Eigenschaften und/oder die Temperatur eines die mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen enthaltenden Mediums. Alle diese Größen finden in der zeitlichen Abfolge der MR-Signale im k-Raum ihren Niederschlag und können durch geeignete statistische Analysen qualitativ und in vielen Fällen auch quantitativ präzise ermittelt werden.The resulting sequence of MR signals S (k) is then statistically evaluated to derive information regarding the movement of the microscopic particles, structures, or animals within the sample, such as a drift velocity, a constant velocity, or a velocity distribution. In addition or as an alternative, it is also possible to derive information regarding properties of the sample which influence the movement of the particles, structures or living beings, for example the size or diameter of the microscopic particles, structures or living beings or the viscosity, further viscoelastic properties and / or the temperature a medium containing the microscopic particles, structures or living beings. All these variables are reflected in the time sequence of the MR signals in k-space and can be determined qualitatively and in many cases also quantitatively by means of suitable statistical analyzes.

Die statistische Auswertung der Abfolge der genannten MR-Signale umfasst in der bevorzugten Ausführungsform die Ermittlung einer Korrelationsfunktion oder mehrerer Korrelationsfunktionen der MR-Signale in der zeitlichen Abfolge, wie im Folgenden näher beschrieben wird. Ein möglicher Ausgangspunkt für die statistische Auswertung ist z. B. die van-Hove-Korrelationsfunktion: G(ΔX, Δt) = 1 / <ρ><ρ(X + ΔX, t + Δt)ρ(X, t)> (3), dabei ist ρ eine ortsabhängige Größe, die proportional zur Spindichte der Probe ist, X bezeichnet einen Ortsvektor und t die Zeit. Das Symbol „<...>” repräsentiert die Mittelung, die bei ergodischen, makroskopisch räumlich invarianten Systemen jeweils entlang der Zeit- beziehungsweise Ortskoordinate durchgeführt wird. Da im Rahmen der Erfindung die Messung im k-Raum erfolgt, ist es sinnvoll, die räumliche Fourier-Transformierte der van-Hove-Funktion zu betrachten, die in der Fachliteratur auch als „intermediate scattering function” F(k, t) (intermediäre Streufunktion) bezeichnet wird. Bei einer δ-förmigen Verteilung der Partikeldichten über das Probenvolumen lässt sich die intermediare scattering function schreiben als: F(k, Δt) = F_s(k, Δt) + F_d(k, Δt) (4), wobei

die zeitliche Korrelation des Systems und

die Korrelation zwischen den Partikeln beschreibt.In the preferred embodiment, the statistical evaluation of the sequence of said MR signals comprises the determination of a correlation function or a plurality of correlation functions of the MR signals in the time sequence, as will be described in more detail below. A possible starting point for the statistical evaluation is z. For example, the van Hove correlation function:

G (ΔX, Δt) = 1 / <ρ><ρ (X + ΔX, t + Δt) ρ (X, t)> (3)

where ρ is a location-dependent quantity that is proportional to the spin density of the sample, X is a position vector and t is the time. The symbol "<...>" represents the averaging, which is carried out in ergodic, macroscopically spatially invariant systems respectively along the time or place coordinate. Since the measurement takes place in k-space within the scope of the invention, it makes sense to consider the spatial Fourier transform of the van-hove function, which is also referred to in the specialist literature as "intermediate scattering function" F (k, t) (intermediate Scattering function) is called. For a δ-shaped distribution of particle densities over the sample volume, the intermediate scattering function can be written as:

F (k, Δt) = F _s (k, Δt) + F _d (k, Δt) (4)

in which

the temporal correlation of the system and

describes the correlation between the particles.

Geht man wie in dem folgenden Ausführungsbeispiel von identischen, unabhängigen Partikeln aus, verschwindet die Interpartikelkorrelation, d. h. Gleichung (6) kann vernachlässigt werden. Im hier diskutierten Fall der dynamischen Fourier-Raum-MR entspricht die intermediate scattering function der Zeitkorrelation des k-Raum-Signals: F(k, Δt) = 1 / N<S(k, t + Δt)S*(k, t)> (7) wobei

– k hier ein Vektor im reziproken Ortsraum ist, in abweichenden Ausführungsformen aber auch ein Vektor in einem zu einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung oder einer Zeitableitung der Beschleunigung reziproken Raum sein kann,
– S(k, t) das zugehörige MR-Signal zum Zeitpunkt t und S*(k, t) das komplex konjugierte Signal ist,
– N die Anzahl der Partikel ist, und
– <...> eine zeitliche oder räumliche Mittelung repräsentiert.

If one proceeds from identical, independent particles as in the following exemplary embodiment, the interparticle correlation disappears, ie equation (6) can be neglected. In the case of the dynamic Fourier-space MR discussed here, the intermediate scattering function corresponds to the time correlation of the k-space signal:

F (k, Δt) = 1 / N <S (k, t + Δt) S * (k, t)> (7)

in which

K is a vector in the reciprocal space, but in other embodiments it may also be a vector in a space that is reciprocal to a velocity, an acceleration, or a time derivative of the acceleration,
S (k, t) is the associated MR signal at time t and S * (k, t) is the complex conjugate signal,
- N is the number of particles, and
- <...> represents a temporal or spatial averaging.

Man beachte, dass im Gegensatz zu der dynamischen Lichtstreuung, bei der in der Regel die Korrelation der Feldintensität I(q, t)² untersucht wird, die Fourier-Raum-MR direkt den Zugang zur Fourier-Transformierten des Ortsraumsignals S(k, t) erlaubt, sodass die Phaseninformation vollständig erhalten bleibt.Note that in contrast to the dynamic light scattering, which usually investigates the correlation of the field intensity I (q, t) ² , the Fourier space MR directly gives access to the Fourier transform of the space signal S (k, t ), so that the phase information is completely preserved.

Wenn die statische Hintergrundintensität deutlich stärker als der dynamische Anteil ist, ist es von Vorteil, anstelle der intermediate scattering function Korrelationsfunktionen zu untersuchen, die auf der Differenz von Signalen zu unterschiedlichen Zeitpunkten basieren. In bevorzugten Ausführungsformen wird dazu die sogenannte Strukturfunktion untersucht, die auch in der deutschsprachigen Literatur oft mit dem englischen Begriff „structure function” bezeichnet wird, und die definiert ist als Ensemble-Mittelwert von Differenzen von Signalen als Funktion ihrer zeitlichen Abstände: D(k, Δt) = 1 / N<|S(k, t + Δt> – S(k, t)|²>. (8) If the static background intensity is significantly stronger than the dynamic component, it is advantageous to investigate correlation functions based on the difference of signals at different times instead of the intermediate scattering function. In preferred embodiments, the so-called structural function, which is often referred to in the German-language literature as the English term "structure function", and which is defined as the ensemble average of differences of signals as a function of their time intervals, is investigated: D (k, Δt) = 1 / N <| S (k, t + Δt> - S (k, t) | ² >. (8)

Zwischen der Strukturfunktion D(k, Δt) und der intermediate scattering function F(k, Δt) besteht der folgende Zusammenhang:

wobei

den Realteil bezeichnet.The following relationship exists between the structure function D (k, Δt) and the intermediate scattering function F (k, Δt):

in which

denotes the real part.

Durch Fourier-Transformation in der Zeit lässt sich aus der intermediate scattering function F(k, Δt) der sogenannte dynamische Strukturfaktor („dynamic structure factor”) S_S(k, ω) ermitteln: S_S(k, ω) = 1 / 2π∫dtexp(–iωt)F(k, Δt) (10) By Fourier transformation in time, the so-called dynamic structure factor S _S (k, ω) can be determined from the intermediate scattering function F (k, Δt): S _S (k, ω) = 1 / 2π∫dtexp (-iωt) F (k, Δt) (10)

Der Index „S” bei dem dynamischen Strukturfaktor dient zur Unterscheidung von dem MR-Signal S(k). Die intermediate scattering function F(k, Δt) und die Strukturfunktion D(k, Δt) sind Beispiele der eingangs genannten Korrelationsfunktionen, die aus der Statistik der zeitlichen Abfolge der MR-Signale abgeleitet werden können. Der dynamische Strukturfaktor ist als spektrale Leistungsdichte zu dem k-Raum-Signal aufzufassen. Um aus diesen Korrelationsfunktionen bzw. dem Strukturfaktor Information bezüglich der Bewegung oder bezüglich von Probeneigenschaften, die die Bewegung beeinflussen, ableiten zu können, werden diese Funktionen mit Modellfunktionen gefittet, die mindestens einen die Bewegung charakterisierenden oder beeinflussenden Parameter enthalten. Diese Modellfunktionen basieren auf einer bestimmten Annahme über die vorliegende Teilchendynamik. Wenn diese Modellfunktionen an die entsprechende gemessene Korrelationsfunktion bzw. Strukturfaktor gefittet werden, kann festgestellt werden, ob die der Modellfunktion zugrundeliegenden physikalischen Annahmen qualitativ richtig sind. Ferner können die in der Modellfunktion enthaltenen Parameter quantitativ bestimmt werden.The index "S" in the dynamic structure factor is used to distinguish from the MR signal S (k). The intermediate scattering function F (k, Δt) and the structure function D (k, Δt) are examples of the aforementioned correlation functions that can be derived from the statistics of the temporal sequence of the MR signals. The dynamic structure factor is to be understood as spectral power density to the k-space signal. In order to be able to derive information regarding the movement or regarding sample properties which influence the movement from these correlation functions or the structure factor, these functions are fitted with model functions which contain at least one parameter characterizing or influencing the movement. These model functions are based on a certain assumption about the present particle dynamics. If these model functions are fitted to the corresponding measured correlation function or structure factor, it can be determined whether the physical assumptions underlying the model function are qualitatively correct. Furthermore, the parameters contained in the model function can be determined quantitatively.

Die nachstehende Tabelle fasst beispielhaft drei vermutete Szenarien für die Bewegung der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen zusammen, nämlich eine Brownsche Bewegung, eine konstante Geschwindigkeit ν₀ und eine Geschwindigkeitsverteilung P(ν). Für jedes dieser drei Szenarien kann dann eine Modellfunktion für die intermediate scattering function, die Strukturfunktion bzw. den dynamischen Strukturfaktor ermittelt werden, die in der Tabelle jeweils in den Spalten angegeben sind:

By way of example, the following table summarizes three suspected scenarios for the movement of the microscopic particles, structures, or living things, namely a Brownian motion, a constant velocity ν _0, and a velocity distribution P (ν). For each of these three scenarios, a model function for the intermediate scattering function, the structure function or the dynamic structure factor can be determined, which are specified in the table in the columns:

Beispielsweise enthalten die in der ersten Spalte der Tabelle angegebenen Modellfunktionen für die Brownsche Bewegung den Parameter Γ(k), der dem Produkt aus dem Diffusionskoeffizienten D₀ und dem Quadrat des Vektors k entspricht. Der Diffusionskoeffizient D₀ ist dabei im Gültigkeitsbereich der Stokes-Einstein-Gleichung proportional zur Temperatur und umgekehrt proportional zur Viskosität und zum Teilchenradius r. Wenn die jeweilige Modellfunktion an die jeweilige gemessene Korrelationsfunktion gefittet wird, kann der Diffusionskoeffizient D₀ quantitativ ermittelt werden, und aus diesem beispielsweise bei bekannter Viskosität und bekannter Temperatur der Teilchenradius, oder bei bekannter Temperatur und bekanntem Teilchenradius die Viskosität ermittelt werden. Die Viskosität, die Temperatur und der Teilchenradius sind hierbei beispielhafte Größen, die die Bewegung der mikroskopischen Partikel, Strukturen oder Lebewesen beeinflussen.For example, the model functions for the Brownian motion given in the first column of the table contain the parameter Γ (k), which corresponds to the product of the diffusion coefficient D ₀ and the square of the vector k. The diffusion coefficient D ₀ is in the range of validity of the Stokes-Einstein equation proportional to the temperature and inversely proportional to the viscosity and the particle radius r. If the respective model function is fitted to the respective measured correlation function, the diffusion coefficient D ₀ can be determined quantitatively, and from this the viscosity can be determined, for example, given known viscosity and known temperature of the particle radius, or at known temperature and known particle radius. Viscosity, temperature and particle radius are exemplary quantities that influence the movement of the microscopic particles, structures or living beings.

Unter der Annahme einer konstanten Geschwindigkeit ν₀ können ebenfalls Modellfunktionen für die Korrelationsfunktionen F(k, Δt), D(k, Δt) und S(k, ω) formuliert und mit den gemessenen Korrelationsfunktionen verglichen werden. Wie der mittleren Spalte der obigen Tabelle zu entnehmen ist, geht in diesem Szenario die Größe Γ(k) = k·ν₀ in die Korrelationsfunktionen ein. Bei einem Fit der jeweiligen Modellfunktion an die entsprechende Korrelationsfunktion kann festgestellt werden ob die Annahme einer konstanten Geschwindigkeit ν₀ qualitativ zutreffend ist, und falls dies der Fall ist, der numerische Wert der Geschwindigkeit ermittelt werden.Assuming a constant velocity ν ₀ , model functions for the correlation functions F (k, Δt), D (k, Δt) and S (k, ω) can also be formulated and compared with the measured correlation functions. As can be seen from the middle column of the above table, in this scenario, the quantity Γ (k) = k · v ₀ enters into the correlation functions. In a fit of the respective model function to the Corresponding correlation function can be determined whether the assumption of a constant speed ν _{0 is} qualitatively accurate, and if so, the numerical value of the speed are determined.

Bei der Annahme einer bestimmten Geschwindigkeitsverteilung P(ν) können die Modellfunktionen der drei Korrelationsfunktionen wie in der rechten Spalte gezeigt angesetzt werden, und durch Fitten an die entsprechenden Korrelationsfunktionen kann eine mit der Messung konsistente Geschwindigkeitsverteilung ermittelt werden.Assuming a certain velocity distribution P (ν), the model functions of the three correlation functions can be set as shown in the right-hand column, and by fitting to the corresponding correlation functions, a velocity distribution consistent with the measurement can be determined.

Unter Bezugnahme auf 5 wird eine experimentelle Bestätigung des Messprinzips vorgestellt. 5a zeigt eine Fotografie einer Probe, bei der es sich um Glaskügelchen mit einem Durchmesser von 0,1 mm in Wasser handelt. Gesucht ist hier die Sedimentationsgeschwindigkeit der Glaskügelchen, d. h. die Driftgeschwindigkeit der Glaskügelchen in Wasser aufgrund der Schwerkraft.With reference to 5 an experimental confirmation of the measuring principle is presented. 5a shows a photograph of a sample, which is glass beads with a diameter of 0.1 mm in water. What is wanted here is the sedimentation velocity of the glass beads, ie the drift velocity of the glass beads in water due to gravity.

5b zeigt eine Aufnahme der Probe, die im Rahmen einer herkömmlichen MR-Bildgebung, wie sie im Zusammenhang mit 3 beschrieben ist, erhalten wurde, die aber nur ein „verschmiertes” Bild zeigt. Grund hierfür ist, dass die Ortsauflösung der MR-Aufnahme (hier 0,4 × 0,4 mm²) schlicht zu gering ist, um die Teilchen mit ihrem Durchmesser von lediglich 0,1 mm zu erfassen. 5b shows a picture of the sample taken in the context of conventional MR imaging, as related to 3 has been obtained, but shows only a "smeared" image. The reason for this is that the spatial resolution of the MR image (here 0.4 × 0.4 mm ² ) is simply too low to detect the particles with their diameter of only 0.1 mm.

6a zeigt die mit dem Verfahren der Erfindung gemessene Strukturfunktion D(k, Δt) als Funktion der Zeit Δt in Sekunden. Man erkennt einen oszillatorischen Verlauf, der kennzeichnend für eine Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit ist, wie sich aus der obigen Tabelle in der zweiten Zeile und zweiten Spalte ergibt. Durch Fitten der Modellfunktion 2[1 – cos(Γ(k)Δt)] kann der Parameter Γ(k) und – da k bekannt, nämlich durch die angelegten Magnetfeldgradienten vorgegeben ist – ν₀ ermittelt werden. Anstelle dieses Fits kann jedoch auch der dynamische Strukturfaktor S_S(k, ω) betrachtet werden, der gemäß der obigen Tabelle einen scharfen Peak bei Γ(k) erwarten lässt. Wie 6b zu entnehmen ist erhält man tatsächlich einen gut sichtbaren Peak bei einer Frequenz ω, die unter Ausnutzung der Beziehung ν = ω/(2πk) einer Geschwindigkeit von 0,9 ∓ 0,2(cm/s) entspricht. Dies stimmt sehr gut mit der theoretisch erwarteten Driftgeschwindigkeit von 0,91 cm/s überein. Die Messung wurde bei einem k-Vektor mit einem Betrag von 0,8 mm^–1 durchgeführt, der parallel zum Gravitationsfeld ausgerichtet war. 6a shows the structural function D (k, Δt) measured with the method of the invention as a function of time Δt in seconds. One recognizes an oscillatory course, which is characteristic for a movement with a constant speed, as results from the above table in the second row and second column. By fitting the model function 2 [1 - cos (Γ (k) Δt)], the parameter Γ (k) and - since k is known, namely given by the applied magnetic field gradients - ν ₀ can be determined. Instead of this fit, however, one can also consider the dynamic structure factor S _S (k, ω), which according to the above table gives reason to expect a sharp peak at Γ (k). As 6b As can be seen, one actually obtains a clearly visible peak at a frequency ω which, using the relationship ν = ω / (2πk), corresponds to a velocity of 0.9 ∓ 0.2 (cm / s). This agrees very well with the theoretically expected drift velocity of 0.91 cm / s. The measurement was performed on a k-vector of 0.8 mm ^-1 aligned parallel to the gravitational field.

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, spielt der k-Wert eine zentrale Rolle bei der Kodierung der Ensemble-Dynamik. Mit heutzutage verfügbaren MR-Gradientensystemen können k-Werte im Bereich von 1 m^–1 < k_i < 10 μm^–1 erzeugt werden. Damit lassen sich makroskopische Geschwindigkeiten im Bereich von 1 m/s oder mehr ebenso detektieren wie Brownsche Molekularbewegung.As can be seen from the above table, k-value plays a central role in encoding the ensemble dynamics. With MR gradient systems available today, k-values in the range of 1 m ^-1 <k _i <10 μm ^-1 can be generated. Thus, macroscopic velocities in the range of 1 m / s or more can be detected as well as Brownian motion.

Anders als beim üblichen MR-Verfahren genügt es, nur den Zeitverlauf einzelner k-Raum-Punkte zu messen, was zu einer deutlichen Messbeschleunigung führt und Echtzeitmessungen ermöglicht.Unlike the usual MR method, it is sufficient to measure only the time course of individual k-space points, which leads to a significant acceleration of the measurement and enables real-time measurements.

Die Möglichkeit der MR-Bildgebung, Ortsfrequenzen im k-Raum direkt mit Hilfe von Magnetfeldgradienten zu generieren, erlaubt die direkte Aufnahme von Daten nicht nur in der zum Ort komplementären Fourier-Domäne (reziproken Ortsraum), sondern analog auch in der zur Geschwindigkeit komplementären Fourier-Domäne, sowie für alle weitern höheren Bewegungsmomente, d. h. für höhere Ableitungen nach der Zeit. Um dies zu demonstrieren wird erneut die Gleichung (1) betrachtet, hier allerdings der Einfachheit halber nur in einer Dimension, nämlich der x-Richtung:

The possibility of MR imaging to generate spatial frequencies in k-space directly with the help of magnetic field gradients, allows the direct recording of data not only in the complementary Fourier domain (reciprocal space), but also in the complementary to the velocity Fourier Domain, as well as for all further higher moments of movement, ie for higher derivatives after the time. To demonstrate this, equation (1) is again considered, but here for the sake of simplicity only in one dimension, namely the x-direction:

Die Ortskoordinate kann dann in einer Taylorreihe nach der Zeit entwickelt werden: x(t) = x₀ + ẋt + 1 / 2ẍt² + ... (12) The location coordinate can then be developed in a Taylor series according to the time: x (t) = x ₀ + ẋt + 1 / 2ẍt ² + ... (12)

Wenn man die Taylorentwicklung bis zum linearen Glied in der Zeit t in die Gleichung (11) einsetzt, erhält man den folgenden Ausdruck für das MR-Signal:

Inserting the Taylor expansion up to the linear term in the time t into the equation (11) gives the following expression for the MR signal:

Hierbei entspricht ν = ẋ der Geschwindigkeit, und k_ν ist ein zur Geschwindigkeit reziproker Vektor (von dem hier jedoch nur die x-Komponente berücksichtigt wird), wobei zwischen dem zur Geschwindigkeit reziproken Vektor k_ν,i und den Magnetfeldgradienten G_i folgende Beziehung besteht: k_v,i = γ / 2π∫ t / 0G_i(τ)·τdτ Here, ν = ẋ of the velocity, and k _ν is a vector reciprocal to the velocity (of which, however, only the x-component is considered here), where there is a relationship between the velocity reciprocal vector k _{ν, i} and the magnetic field gradient G _i : k _{v, i} = γ / 2π∫t / 0G _i (τ) · τdτ

Gleichung (14) definiert damit eine Vorschrift, wie der reziproke Geschwindigkeitsraum durch geeignete Wahl der Magnetfeldgradienten G(τ) kodiert werden kann. 7 zeigt, wiederum lediglich für die x-Komponente, geeignete zeitabhängige Magnetfeldgradienten. Die obere Abbildung von 7 zeigt einen geeigneten Magnetfeldgradienten G(τ) für die Ortskodierung, dessen Zeitintegral nicht verschwindet und daher auch zu einem nicht-verschwindenden Wert für k_x führt.Equation (14) thus defines a rule for how the reciprocal velocity space can be coded by suitable choice of the magnetic field gradients G (τ). 7 shows, again only for the x-component, suitable time-dependent magnetic field gradients. The upper picture of 7 shows a suitable magnetic field gradient G (τ) for the spatial coding whose time integral does not disappear and therefore also leads to a non-vanishing value for k _x .

Die untere Abbildung zeigt einen Gradienten, dessen Zeitintegral verschwindet, sodass k_x = 0 ist. Das Integral über G_x(τ)·τ hingegen ist von Null verschieden und führt somit zu einem nicht-verschwindenden Wert für den zur Geschwindigkeit reziproken Vektor k_ν.The figure below shows a gradient whose time integral vanishes, such that k _x = 0. The integral over G _x (τ) · τ, on the other hand, is non-zero and thus leads to a non-vanishing value for the vector reciprocal to the velocity k _ν .

Analog zu dem Vorgehen im Ortsraum lassen sich auch für den Geschwindigkeitsraum, bzw. den zur Geschwindigkeit reziproken Raum Korrelationsfunktionen entwickeln und mit der Statistik der Messsignale im zur Geschwindigkeit reziproken Raum vergleichen.Analogous to the procedure in space, correlation functions can also be developed for the velocity space or the space reciprocal to the velocity and compared with the statistics of the measurement signals in the space reciprocal to the velocity.

Ferner lassen sich durch Berücksichtigung höherer Terme der Taylorentwicklung auch höhere Ableitungen des Ortes nach der Zeit in die Gleichung (13) einführen, und es lassen sich Gradientenfunktionen generieren, mit denen das MR-Signal in einem zur Beschleunigung oder höheren Zeitableitungen des Ortes reziproken Raum ermittelt werden können.Furthermore, by taking into account higher terms of Taylor development, higher derivatives of the location can be introduced into equation (13) after the time, and gradient functions can be generated with which the MR signal is determined in a space that is reciprocal for acceleration or higher time derivatives of the location can be.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Cerbino R, Trappe V: Differential dynamic microscopy: probing wave vector dependent dynamics with a microscope. 2008; Phys Rev Lett 100, 188102 [0031]

Claims

Method for detecting the movement of microscopic particles, structures or organisms in a transparent or non-transparent sample volume, comprising the following steps: Introducing the sample volume into an MR device, Generating and detecting a time sequence of MR signals, each corresponding to a same vector or area in the reciprocal space, and / or Generating and detecting a time sequence of MR signals each corresponding to a same vector or range in a space reciprocal to a speed, an acceleration or a time derivative of the acceleration, and Deriving information with respect to the movement or with respect to the sample properties influencing the movement with the aid of a statistical evaluation of said time sequence of said MR signals.

The method of claim 1, wherein the statistical evaluation comprises the determination of a correlation function or a plurality of correlation functions of the MR signals in the temporal sequence.

The method of claim 2, wherein deriving information comprises fitting the one or more correlation functions to one or more model functions including at least one parameter characterizing or influencing the movement.

The method of claim 3, wherein the at least one motion characterizing parameter comprises or comprises one or more of the following parameters: a constant drift velocity, a constant velocity, a velocity distribution, a constant acceleration, an acceleration distribution or a constant time derivative of the acceleration or its distribution.

Method according to claim 3 or 4, wherein the at least one parameter influencing the movement comprises or comprises one or more of the following parameters: The size of the microscopic particles, structures or living beings, The viscosity, other viscoelastic properties and / or the temperature of a medium containing the microscopic particles, structures or organisms.

Method according to one of Claims 2 to 5, in which the correlation function is a time correlation function of an MR signal S (k, t), in particular a time correlation function F (k, Δt), which is defined as follows:

F (k, Δt) = 1 / N <S (k, t + Δt) S * (k, t)>,

where k is a vector in the space reciprocal space, or in a space reciprocal to a velocity, an acceleration or a time derivative of the acceleration, S (k, t) the associated MR signal at time t and S * (k, t) is the complex conjugate signal, - N is the number of particles, and - <...> represents a temporal or a spatial averaging.

Method according to one of claims 2 to 6, wherein the correlation function is based on differences of MR signals as a function of the time interval between the signals, and in particular is given by a correlation function D (k, Δt), which is defined as follows:

D (k, Δt) = 1 / N <| S (k, t + Δt) - S (k, t) | ² >,

wherein - k is a vector in space reciprocal to the spatial space, or in a space reciprocal to a velocity, acceleration or time derivative of the acceleration, - S (k, t) is the associated MR signal at time t, - N is the number is the particle, and - <...> represents a temporal or a spatial averaging.

Method according to one of the preceding claims, wherein the statistical evaluation comprises determining a dynamic structure factor.

Method according to one of the preceding claims, in which the MR signals which correspond to a vector k in the reciprocal spatial space are generated by the application of a time-dependent magnetic field gradient G (τ), the following relationship between the vector reciprocal to the spatial space k and the magnetic field gradient G (τ) holds:

k _i = γ / 2π∫ t / 0G _i (τ) dτ.

Method according to one of the preceding claims, in which MR signals corresponding to a vector k _ν in the reciprocal velocity space are generated by the application of a magnetic field gradient G (τ), the following relationship between the velocity space reciprocal vector k _ν and the magnetic field gradient G (τ) holds:

k _{v, i} = γ / 2π∫t / 0G _i (τ) · τdτ,

where G (τ) is chosen such that

∫ t / 0G _i (τ) dτ = 0.

Method according to one of the preceding claims, in which the time interval of successive MR signals in said time sequence is less than 0.1 ms, preferably less than 0.01 ms.

Control device for controlling an MR device for the purpose of detecting the movement of microscopic particles, structures or living beings in a sample volume, wherein the control device is adapted to control the MR device for generating and detecting a temporal sequence of MR signals, respectively correspond to a same vector or area in reciprocal space, and / or to drive the MR device for generating and detecting a time sequence of MR signals, each corresponding to a same vector or range in a space reciprocal to a speed, an acceleration or a time derivative of the acceleration, and wherein the control device is adapted to derive information with respect to the movement or with respect to the sample properties influencing the movement with the aid of a statistical evaluation of the temporal sequence of the said MR signals.

Control device according to claim 12, which is further adapted to control an MR device for carrying out a method according to one of claims 1 to 11.

Computer program product for controlling an MR device, in the execution of which a method according to one of claims 1 to 11 is executed.