Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса

Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам реконструктивной вычислительной томографии на основе явления ядерного магнитного резонанса. Цель изобретения - упрощение способа. Способ заключается в наложении на объект постоянного магнитного поля с линейными градиентами напряженности магнитного поля, возбуждении сигнала спада свободной индукции и эхосигналов от спинов различных участков исследуемого объекта, расфазировке спинов по пространству исследуемого объекта по полиномиальному фазовому распределению, регистрации эхосигналов, математической обработке с последующей визуализацией исследуемого объекта. С целью визуализации отдельных участков исследуемого объекта и упрощения математической обработки получаемых сигналов, в качестве полиномиального фазового распределения используют параболическое фазовое распределение. С целью помехозащищенности в качестве полиномиального фазового распределения используют псевдослучайное фазовое распределение с ограничением амплитуды наблюдаемых сигналов. 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С О1 ((24/ОН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4283195/24-25; 4302866/24-25;

4302865/24-25 (22) 23.06.87 (46) 15.02.90 ° Бюл. М 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (72) В.М. Уткин (53) 539 1.078(088.8) (56) Сорока Л.N. Интроскопия на основе ЯМР. М.: Знергоатомиздат, 1986, с. 100-120.

Чжо З.Х. и др. Томография на ЯМР с преобразованием Фурье. ТИИЭР, 1982, т. 70, М 10, с. 19-44. (54) С((ОСОБ ТОМОГРАФИИ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНОГО МАГНИТНО(О РЕЗОНАНСА

I (57) Изобретение относится к способам реконструктивной вычислительной томографии на основе явления ядерного магнитного резонанса. Цель изобретения

Изобретение относится к способам реконструктивной вычислительной томографии на основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и предназначено для количественных интроскопичес" ких исследований различных сред, результаты которых используются в целях медицинской диагностики и неразрушающего контроля, Цель изобретения — упрощение способа, а также визуализация отдельных

$0 ЫИЛ2 А1

2 упрощение способа. Способ заключается в наложении на объект постоянного магнитного поля с линейными градиентами напряженности магнитного поля, возбуж" .дении сигнала спада свободной индукции ,и эхо-сигналов от спинов различных участков исследуемого объекта, расфазировке спинов по пространству исследуемого объекта по полиномиальному фазовому распределению„ регистрации эхосигналов, математической обработке с . последующей визуализацией исследуемого объекта. С целью визуализации отдельных участков исследуемогo объекта и упрощения математической обработки получаемых сигналов, в качестве полиномиального фазового распределения используют параболическое фазовое рас; пределение. С целью помехозащищенности B качестве полиномиального фазового распределения используют псевдо" случайное фазовое распределение с ofраничением амплитуды наблюдаемых сигналов. 4 з.п. ф-лы. 16 ил. участков исследуемого объекта и упро-, щение математической обработки полу" чаемых сигналов, а также повышение по" мехозащищенности °

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 — распределение концентрации спинов P от координаты Х участка исследуемого объекта; на фиг. 3 нелинейный (параболический) закон изменения фазы у(Х) движения спинов;

l з 1L;43317 на фиг. 4 — вид сигнала S ядерного магнитного резонанса от времени t на фиг. - 7 — зависимости концентраций спинов разных участков исследуемого объекта; на Фиг. 8-10 — соответствующие им сигналы ЯИР; на фиг. 11 - соотношение пространственных и временных элементов исследуемого объекта; о на фиг. 12- — эпюры радиочастотных 90 (8) и 180 (В) импульсов, возбуждающих сигналы ЯМР и имеющих соответствующее фаэовое распределение; на фиг. 13 — 1) - эпюры линейных градиеитов напряженности магнитного поля соответственно по осям 4-(, оси Y-(Ч и Х-(;„; на фиг. 16 - эпюры наблюдаемого сигнала S(t).ЯИР. Фиг. 12 - 16 соответствуют случаю двумерной Фурьеспектроскопии. 20

Устройство содержит блок 1 электромагнитных катушек, включающий катушку основного магнита, радиочастотную катушку и катушки создания линейных

:и нелинейных градиентов магнитного 25 поля по осям,X, Y и Е и предназначенный для помещения в его внутреннее йространство исследуемогообъекта,блок

2 управления катушкой основного магнита, предназначенный для поддержания напряженности поля заданной величины, блок 3 управления линейными и нелинейными градиентами магнитного поля вдоль осей

Х, Y и Z, пассивный коммутатор 4 приемника 5, .аналого-циФровой преобразователь 6, блок буферной полупроводниковой памяти 7, электронно-вычислительный блок ЭВИ 8 с дисплеем 9, блок

10 формирования интервалов возбуждения

Эхо-сигналов, программируемый генера- 40 тор импульсов 11, блок 12 управления передатчиком 13, блок 14 формирования градиентов магнитного поля, многоканальный цифроаналоговый преобразова". тель 1 блок 16 предварительный уси- 4 литель.

Сущность изобретения состоит в том, чтобы расфазировать сигналы ЯИР, поступающие от различных пространственных элементов исследуемого объекта. В

50 этом случае энергия ЯИР сигнала более равномерно распределяется по интервалу наблюдения, а модуль наблюдаемого сигнала ЯИР становится похожим íà распределение концентрации спинов разных 5 участков исследуемого объекта (фиг. 2

10), При этом сигналы, поступающие от различных пространственных элементов исследуемого объекта, группируются в различных временных элементах интервала наблюдения (фиг. 11) .

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают метод получения изображения, например, однослойная реконструкция методом Фурье. Помещают объект исследования в блок электромагнитных катушек 1 и фиксируют его там, Катушками нелинейных градиентов компенсируют неоднородность магнитного поля. Выбирают плоскость исследуемого сечения. Пересылают из блока ЭВМ

8 в блок 14 формирования градиентов магнитного поля 14 координаты наклона плоскости исследуемого сечения, В блоке 14 формирования градиентов магнитного поля вырабатывают значения линейных градиентов по осям X, Y и 4 соответствующие ориентации выбранной плоскости и различным направлениям проецирования, Значения градиентов, соответствующие первой строке Фурьеобраза поступают в многоканальный цифроаналоговый преобразователь 1, где переходят в аналоговую форму, усиливаются предварительным усилителем

16 и поступают в блок 1 управления градиентами магнитного поля блока электромагнитных катушек 1.

Одновременно в блок формирования возбуждения радиочастотных импульсов (Р4) 10 подается команда иэ блока ЭВМ

8 на формирование последовательности радиоимпульсов. С выхода блока 10 формирования, сформированная последова тельность загружается в программируемый генератор импульсов 11, с выхода которого по команде от блока ЭВМ 8 поступает на блок 12 управления, где вырабатываются радиоимпульсы требуемой частоты, фазы и огибающей, и поступают в передатчик 13, где усиливаются и через пассивный коммутатор 4 поступают на радиочастотную катушку блока 1 электромагнитных катушек, После окончания действия радиочастотных импульсов подают нелинейные градиенты заданной величины и длительности. Под действием нелинейных градиентов осуществляется заданная расфазировка ЯМР-сигналов, поступающих от различных точек.

После окончания действия расфазирующих нелинейных градиентов включают линейные градиенты и программируемый генератор импульсов 11 начинает вырабатывать тактовые импульсы, пос5 1543 тупанщие на тактовый вход аналого-цифрового преобразователя 6. По приходу этих импульсов в аналого-цифровом преобразователе 6 происходит оцифровка сигналов ЯМР, воспринятых радиочастотной катушкой как отклик объекта на электромагнитное возмущение и усиленных приемником . Оцифрованные сигналы запоминаются в Ьлоке 7 буферной 10 полупроводниковой памяти.

Для повышения отношения сигнал шум в результирующем изображении исследуемый оЬъект подвергают воздейсто вию 180 широкополосных РЧ-импульсов, 15 приводящих к появлению эхо-сигналов в заданные промежутки времени, которые усредняются в блоке 7 буферной полупроводниковой памяти.

Указанная последовательность дейст-20 вий по формированию отклика объекта и вид вырабатываемых при этом сигналов в различных точках устройства показан на фиг. 12 — 16 с соблюдением временной привязки. 25

Даже указанная последовательность действия повторяется в условиях, при" водящих к наЬлюдению полной или заданной области данных, которая обрабатывается алгоритмом реконструкции 30 и визуализируется, либо визуализируется просто модуль измеренной области данных.

Конкретный характер нелинейности дефазирующих градиентов определяется критерием оптимизации наблюдаемого

ЯМР-сигнала (среднеквадратический минимум боковых лепестков, минимум первого бокового лепестка, минимальное среднеквадратическое отклонение моду- 40 ля наблюдаемого ЯМР-сигнала от плотности распределения спинов и т.д.).

Общий характер нелинейности градиентов может быть задан в виде полиномиального распределения С(Х)=а + a,х +45 э

g . Ф

+ а х + а х +....

НаиЬолее просто реализуется дефазирующий градиент для случая, когда а / 0, а все остальные коэффициенты равны нулю (как показано на фиг. 2). 50

В этом случае Фазовое распределение изменяется по параболе, а его производная (частота) - по линейному зако" ну.

Наблюдаемый при этом ЯМР-сигнал по своей Форме близок к прямоугольнбму радиоимпульсу с линейной частотной модуляцией (фиг. 3), а его длительность примерно равна Т = а Ч21 где а "

317 6 скорость изменения фазы в толографическом объекте после окончания действия дефаэирующих градиентов, g. - полоса частот, занимаемая томографируеиым объектом.

Величина а зависит от силы тока в дефазирующих катушках градиентов

1 и от времени t. воздействия дефазирующих градиентов как а = К .I .L где К - иекии коеффициейт пропорциональности, зависящий от конструктивных осоЬенностей дефазирующих катушек градиентов.

Следовательно, длительность наблюдаемого ЯИР-сигнала можно регулировать, изменяя либо силу тока в дефазирующих градиентах, либо время воздействия дефазирующих градиентов, При этом при возрастании длительности ЯМР-сигнала его амплитуда падает, а площадь остается примерно постоянной.

Наиболее удобно устанавливать значение ад таким, чтобы наблюдаемый

ЯМР-сигнал был равен по длительности полученному на его основе после Фурье-преобразования распределению плотности спинов. В этом случае масштаб по амплитуде и размер между Фурье-образом данных и модулем наблюдаемого ЯМР-сигнала равен единице.

Ф о р м у л а изобретения

1. Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса, заключающийся в наложении на объект постоянного магнитного поля с линейными градиентами напряженности магнитного поля, возбуждении сигнала спада сво" бодной индукции и эхо-сигналов от спинов различных участкбв исследуемого объекта, регистрации эхо-сигналов, математической оЬработке с последуюзей визуализацией исследуемого объекта, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, перед регистрацией сигнала осуществляют расфазировку спинов по пространству исследуемого объекта по полиномиальному фазовому распределению.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью визуализации отдельных участков исследуемого объекта и упрощения математической оЬработки получаемых сигналов, в ка" естве полиномиального фазового расределения используют параЬолическое фазовое распределение.

1Я33

3. Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что, с целью помехозащищенности, s качестве полиномиального фазового распределения используют псевдослучайное фазовое распределение с ограничением амплитуды наблюдаемых сигналов, 4. Способ по n. I, о т л и ч а юшийся тем, что расфазируют спины 1О

1 8 воздействием дополнительных 180 широкополосных радиоимпульсов с полиномиальным Фазовым распределением.

5. Способ по и. 2, о т л и ч а юшийся тем, что расфазируют спины воздействием магнитного поля с нестационарным нелинейным градиентом напряженности.

1543317

ФАЗ авиа 10

1543317 фиг 11

Составитель В. Майоршин

Техред М.Ходаяич Корректор Т, Малец

Редактор N. Недолуженко

Заказ 397 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 101