Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса

Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к томографии на основе ядерного магнитного резонанса и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов. Цель изобретения - сокращение времени измерения. Исследуемый объект с характерным размером L и временем cniiH-решоточиой релаксации Т помещают в постоянное магнитное поле Н с относительной неоднородностью ЛН, воздействуют на него 90 -ным селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-градиента магш тного поля, затем воздействуют У-градт1еитом маг- iDiTHoro поля, регистрируют сигнал ЯМР в присутствии Х-градиеита магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных зиаче шях Y-rpa- диента магнитного поля, включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времеш С -10%, где N - размер матрицы ЯМР-томограммы, выключают У-градиент магнитного поля и воздействуют на объект последовательностью 180 -ных радиочастотных импульсов (180°- ,- .-))п,где п 1 - N - номер цикла, сканироваиия, Г, б , регистрируют сигнал ЯМР в течетши интервала , времеш-1 €, , а во время интервала о воздействуют У-градиентом мапштного поля, причем величина Х-градиента магнитного поля постоянна и равна G AHNHo/L, а величина У-градиента магнитного поля определяется из условий: j Gy(t)dt &HCHo/L. 5 ил. о О) ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1б11 с1 G 01 N 24/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 41 70816/24-25 (22) 31.12,86 (46) 23.03.89. Бюл. Р 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (72) В.И.Крутских; ll. .Рубашов (53) 537.635. 082 (" -", 8) (56) Song Н.В. et «!, T)irect Fourier

Transform NMR Tomography with Modified Kumar-Melti- Erust method. — IEEE

transaction on Nuclear Science 1982, NS-29, 11 - 1, р. 493-499.

Хиншоу У.С., Лент А.Х. Основы ЯМРвизуализации: от уравнения Блоха к уравнению визуализации. ТИИЭР (русский перевод), 1983, т. 71, 11 3, с. 77-88. (54) СПОСОБ ТОМОГРАФИИ НА ОСНОВЕ

ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к томографии на основе ядерного магнитного резонанса и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов.

Цель изобретения — сокращение времени измерения. Исследуемый объект с

Изобретение относится к области томографии на основе ядерного магнитного резонанса и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов.

„„ЯО„„ИВ ДтВ А1 характерным разиерои L и време:(ем спин-решоточ»ой релаксации Т„ помещают в постоянное магнитное паче Н„ с относительной неоднородностью b.Н воздействуют на него 90 -ныи селектинным радиочастотным иигульсои при наличии Z — градиента магнитного поля, затем воздействуют Y-градиентом магнитного поля, регистрируют c»ã»aë

ЯМР в присутствии „-градиента магнитного поля и, повторял циклы сканирования при разных значениях Y-градиента магнитного поля, включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времени С = Т /2N—

l07., где N — размер матрицы ЯМР-томограммы, выключают Y — градиент магнитного поля и воздействуют на объект последовательностью 180 -ных радиочастотных импульсов (180 — )п,где n = 1 — 11 — номер цикла сканирова мя, с, = (, =, регистрируют сигнал ЯМР в течении интервала

/ л времени с,, а во время интервала с. воздействуют Y-градиентом магнитного поля, причем величина Х-градиента магнитного поля постоянна и равна

G„ = ДМ1Н,/L, а величиíà Y-градиента магнитного поля определяется из условий: 5 G (t )dt = g Н Н„/L. 5 ил.

Целью изобретения является сокращение времени измерений.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы подачи радиоимпульсов; на фиг. 2-4 — диаграммы подачи градиентов магнитного поля по осям Z, Х и Y

14б 74 )6 соответственно; на фпг. 5 — диаграммы появления сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР), Метод вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса осуществляется следующим образом.

При воздействии па исследуемый объект, помещенный в постоянное маг- 10 о нитное поле, 90 -ным селективным ра,— диочастотным импульсом (фиг; 1) при наличии Z-rрадиента магнитного поля (фиг. 2) в нем возбуждают только спины ядер, находя|цихся в плоскости, перпендикулярной оси Z. Ширина выделенного слоя зависит от спектра 90 — ного селективного рациочастотного импульса и величины 7;градиента магнитного поля. Направление выделения 20 слоя выбрано чисто условно, аналогичным образом можно выделить слой в любом направлении, включая Х и У.— градиенты магнитного поля (фиг. 3 и 0) или любую линейную комбинацию 25 градиентов магнитного поля.

Все дальнейшие рассуждения относятся к двухмерному спою, лежащему в IUIocIcocTH ХУ ° Для ТОГО, чтобы полу- 30 чить данные, необходимые для получеппя ЯМР-томограммы ввести кодировку резонансных условий по оси Х вЂ” с помошью Х-градиента магнитного поля

G () и по оси Y — с помощью У-граК 35 диепта магнитного поля С (1. ), Например, пусть исследуемый объект помещается в постоянное магнитное поле

Н, тогда рeçîíàíñíûå условия записываются слсцующим образом:

>о= д Но где я, — резонансная частота сигнала ЯМР; гиромагнитное соотношение.

Налагают на исследуемый объект дополнительно градиент магнитного поля, например, С (1:), тогда

Н=Н + Gx(t) X, 50 где х — координата точки исследуемого объекта.

Следовательно, резонансные условия определяются теперь так. (Но+С (} (L3Q+ P" Gx(t) х °

Таким образом, резонансная частота зависит от координаты х, следовательно, спектр сигнала ЯМР теперь содержит информацию, котс.рая свя R.l на с координатой любой точки Х пс— следуемого объекта. В реальных условиях постоянное магнитное поле H идеально и имеет неоднородность, . обозначают ее Н. Тогда для того, чтобы разделить в спектре сигнал

ЯМР К точек, необходимо чтобы выполнялось условие

L Gx(t) Н N, где Ь вЂ” характерный размер исследуемого объекта;

И вЂ -размер матрицы ЯМР-томограммы.

Отсюда вытекает условие, определяющее величину градиента:

KH. N

С (t) х

С точки зрения получения максимального соотношения сигнал/шум необходимо, чтобы градиент магнитного поля G x(t ) бып как:1о>кно меньше, так как при увеличении градиента увеличивается ширина спектра сигнала ЯМР и, следовательно, уменьшается соот— ношение сигнал/шум, Таким образом, оптимально величина градиента магнитного поля определяется из соотношения Н ° М

С (t) к

Все рассуждения справедливы и для

G (t). Однако предлагаемый способ кодировки резонансных условий справедлив только для одномерного случая. Этим способом нельзя осущест— влять кодировку и по Х и по У, так как при одновременном включении двух градиентов, они сумьп руются и получается опять одномерная кодировка, но только по суммарной оси.

В предлагаемом способе кодировка сигнала ЯМР, необходимая для получения указанной матрицы, производится с использованием спинового эха, которое генерируется последовательо ностью 180 -ных радиочастотных импуль сов (фиг . 1 ): (180 — -, — ) и, где <, и с — временные интервалы; г. л

n — номер цикла сканиро— ва ния .

Величина временных интервалов с, Л и определяется соотношением

I (= (... LètTPB! íoñòt (. !гь!бирлс тся из тех услои!!1, чтобь! лмплитудл сиг. нала Ж1Р уменьшиллсь !ter более чем в е раз за общее время регистрации, следовательно, из услови

1 4 (1, . (1

111 1 . !i !le (11 (. лм11. lit r 5 !. !-, Х ii r Г 1 :1 !!i! P ttl (1«МЛГ !!!1 НО! О !1(1 1)1 (1Т (1:(;1 !1!!(!!

«носит oititt1! y по к 1ор. (!11!лте «Я 11 5 том(1грлмме. Принято с !итлть, i" n гоч— ность онред(пения t nopдинлты в Я11Р2 011 =- т можно определить 2.

Т

Ci

2N

Длительность (может быть выбрана и меньше, однако это влечет за собой увеличение амплитуды градиентов магнитного поля, что вызывает увеличение полосы приема сигнала ЯМР и, следовательно, увеличивается шум.

Пауза между 180 -ными рлдиочастот0 ными импульсами, равная 20, специально разбита на два интервала. Во время первого интервала ь(происходит регистрация сигнала Я11Р, а во

О время второго осуществляется процесс подфазировки. При этом необходимо особо отметить, что в способе используется эффект накапливания кодирующей фазы по Y-оси за счет суммирования выборного воздействия в пнтерва/Ъ 0 ле (последовательности 180 -nb!x радиочастотных импульсов. Это позволяет уменьшить Y-градиент магнитного поля более чем на два порядка. С другой стороны градиенты магнитного поля С, С„ и Ger в этом случае постоянно и, следовательно, для его реализации не надо иметь сложную систему управления, которая изменяет амплитуду, например, Gg-градиента в соответствии с заданной функцией. Управление в предлагаемом способе осуществляется в ключевом режиме. Как уже показано, для того чтобы разрешить К точек, необходимо иметь граьнин диент магнитного поля равный

L

Следовательно, приращение кодирующей фазы при каждом цикле сканирования должно быть ан". 2Н, Н Н.

В общем виде можно записать л

Нл ч G (t)dt

В случае, если Ge (t )-const, то

ЬНН

С

L тоь!оград!е должна !!лхо;!иться в предел ll(1К, (то обусловле! о клк лпплратурными факторами, тлк и точностью вы!исде!и!(!. Уже достаточно полногo устранения артефактов, вызвлнных отклонениями амплитуды градиентов от з адан ной величины, необходимо, чтобы это отклонение было не более О, 17.

П- р и м е р . Исследуеыьп"! объект со временеь! спин — спиновой реализации — 1

Т = 5х10 и хлрлктерным размером Ь

2 помешают. в постоянно е магнитное поле

2р напряженностью О, 14 T и относитель-5 ной неоднородностью 5х10 . Ллитель0 ность 90 -ного селективного рлдиочас-2 тотного 1!мпульса 1О Т/!!. Рлзмер матрицы Я11Р-томограм:п0 128. Длитель25 ность интервалов (. = („=, О с.

Дпительность 180 -ного рлдиочлстотноа го импульса Зх10 " с.

Использование методл позволит в

300 рлз по срлвне!H!ю с известным ме30 тодом с Ot(ps Ãè÷ ü Bp pl !!I ск BHltp 0« B.!ьия

В 128 раз уменьшить величину (-градиента магнитного поля, а, следовательно, потребуется в 10000 рлз меньшая мощность питания Y-грлдиентл магнитного поля. Кроме этого, .Х, Y, Z-градиенты магнитного поля имеют строго определенную амплитуду, которая не меняется по величин(, это значительноо упрощает систему упрлвлен(!я гради(1О ептами магнитного поля. 060(ее время сканирования составит 4х10 с.

Ф о р м у л а «t з о б р е т е н и я

Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса (И1Р), заключающийся в том, что исследуемый объект с характерным размером Ь и временем спин-решеточной релаксации

Т2 помещают в постоянное магнитное поле 10 с относительной неоднород ностью 1, 1, воздействуют «а него

0 0

90 -ным селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-градиента магнитного поля, затем воздействуют

Y-градиентом магнитного поля, регистрируют сигнал ЯМР в присутствии

Х-градиента магнитного поля и, повторяя циклы воздействия при разных

1467476 где и = 1 — N — номер цикпа йоздейа величина Y-градиента магнитного поля определяется из условий

15 (180 — >, — r )и, gpQf7

Составитель В. Майоршин

Редактор Н. Бобкова Техред Л. Сердюкова Корректор М. Васильева

Заказ 2458 Тираж 789 Подпис но е

И1ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК11Т СССР

113035, Москва, ?1(-35, Раушская наб., д. 4/ з

Производственп.)-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 значениях У.-градиента магнитного поля, rro полученным данным вычисляют

ЯМР-томограмму, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения времени измерений, Х-градиент магнитного поля включают одновременно в Yградиентом магнитного поля через инТ тервал времени * = -- + 10X, где N

2N размер матрицы ЯМР-томограммы, выключают Y-градиент магнитного поля и дополнительно воздействуют на объект последовательностью 180 -ных радио— о частотных импульсов ствия; го< = c регистрируют сигнал ЯМР в течение интервала времени с.<, а

Л. во время интервала воздействуют

Y-градиентом магнитного поля, причем величина Х-градиента магнитного поля постоянна и равна

10 Н N Н

С х