Способ магнитно-резонансной интроскопии

 

Иэобретезше относится к радиоспектроскопии магнитного резонанса и его применению для качественного и количественного анализа вещества и может быть использовано при диаг- .ностике, когда недопустимо нарушение целостности внутренней структуры объектов. Цель - повышение чувствительности и разрешающей способности . Способ заключается в воздействии на исследуемый объект постоянным магнитным полем, возбуждении частиц, содержащихся в объекте, при воздействии импульсным радиочастотным полем на частоте спинового резрнанса частиц с заданной частотой следования импульсов, и Ьдновременном воздействии на исследуемый объект пространственно неоднородным переменным магнитным полем, параллельным основному. Затем сигнал спиновой индикации синхт ронно детектируют сигналом спиновой индукции, по усредненной величине сигнала определяют значения магнитнорезонансных параметров, связанных со структурой объекта, причем воздействие дополнительным пространственно неоднородным магнитным полем производят синхронно с воздействием импульсным радиочастотным полем при начальном сдвиге фаз между частотой изменения пространственно неоднородного магнитного поля и частотой следования импульсов радиочастотного поля в диапазоне 27-33 . 5 ил. (О W 00 05 о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<51) 4 G 01 N 24/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕНКЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4132558/31-25 (2 ) 23.06.86 (46) 07.11.88, Бюл. Р 41 (71) ЛГУ им. А.А.М(данова (72) В.Л.Данилов, В.И.Крутских, А,M,Ñìèðíoí, И,Б.Рубашев и В.В.Фролов (53) 539.143.43 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 6 2855, кл. С 01 > 24/08, 1975.

inshaw W. Image ormation by

nuclear magnetic resonance; the sensitive point method. — Арр1. Phys, 1976, v.47, р. 3709- 3721. (54) СПОСОБ ИАП1ИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ

ИНТРОСКОПИИ (57) Изобретение относится к радиоспектроскопии магнитного резонанса и его применению для качественного и количественного анализа вещества и может быть использовано при диагностике, когда недопустимо нарушение целостности внутренней структуры объектов. Цель — повышение чувствительности и разрешающей способнос„„Я0„„3 436039 А 1 ти. Способ заключается в воздействии на исследуемый объект постоянным магнитным полем, возбуждении частиц, содержащихся в объекте, при воздействии импульсным радиочастотным полем на частоте спинового резрнанса частиц с заданной частотой следования импульсов, и Ьдновременном воздействии на исследуемый объект пространственно неоднородным переменным магнитным полем, параллельным основному.

Затем сигнал спиновой индикации синх-, ронно детектируют сигналом спиновой индукции, по усредненной величине сигнала определяют значения магнитнорезонансных параметров, связанных со структурой объекта, причем воздействие дополнительным пространственно неоднородным магнптным полем производят синхронно с воздействием импульсным радиочастотным полем при начапьном сдвиге фаз между частотой изменения пространственно неоднородного магнитного поля и частотой следов ания импульсов р адно ч астотно го поля в диапазоне ?7-35, 5 ил, !

436039

Изобретение относится к радиоспектроскопии магнитного резонанса и его применения для качественного и количественного анализа вещества и может быть использовано при диагностике в тех случаях, когда недопустимо нарушение целостности объекта,в частности при исследовании живых организмов. 1р

Целью изобретения является повьппение чувствительности и разрешающей спо со бности.

На фиг.1 представлена расчетная зависимость вклада в постоянную сос- 15 тавляющую сигнала индукции при совпадении частоты следования радиоимпульсов и частоты изменения неоднородного магнитного поля; на Фиг.2 и 3 модели исследуемых обьектов; на Фиг.4 >р и 5 — экспериментальные зависимости величины сигнала при наличии сдвига фаз между частотой следования радиоимпульсов и частотой переменного неоднородного магнитного поля, 25

Система спинов, создает в исследуемом объекте намагниченность N,поведение которой в магнитных полях описывается уравнениями Блоха, Спиновая система может находиться 3р в постоянном и неоднородном переменном магнитных полях, причем градиент неоднородного магнитного поля направлен вдоль оси х, возбуждается периодической последовательно стью импульсов высокочастотного поля, причем моменты появления высокочастотных импульсов строго связаны с определенной фазой переменного поля, тогда из решений уравнений Блоха для некоторой точки образца следует выражение для локального усредненного сигнала спиновой индукции g(x) при условии магнитного резонанса р(х) = X (5) е > ""

0 ) где (р — значение фазы переменного неоднородного магнитноro поля в момент окончания импульса высокочастотного 5Р поля; безразмерная координата, равная С „(х-х,)/Q

55 где I% — гиромагнитное отношение, я„ — амплитуда градиента магнитного поля по оси х; х — текущая координата, х — координата положения плосо кости, в которой неоднородное магнитное поле обращает ся в нуль;

О. — круговая частота переменного магнитного поля;

X (p)- функции Бесселя порядка О.

Иэ выражения видно, что вклад в усредненный сигнал спиновой информации от всего объекта зависит как от пространственного расположения элемента объема, так и от фазы ср переменного магнитного поля в момент окончания импульса радиочастотного поля. На фиг.1 представлена расчетная зависимость вклада V в постоянную составляющую сигнапа квазистационарной ядерной индукции в зависимости от безразмерной координаты Р в случае, когда частота следования высокочастотных радиоимпульсов совпадает с частотой изменения пространственного неоднородного магнитного поля и момент окончания радиоимпульса соответствует Фазе 30 переменного неоднородного магнитного поля, имеющего косинусоидальный закон изменения во времени. Выделяемый объем условно ограничен значениями х = х< и х = х,соответствующими первому нулю (о, Функции Бесселя Е,(P).

В рассматриваемом случае нежелательные вклады от различных элементов, не относящихся к выделенному объему, в зависимости от положения элемента имеют противоположные знаки. Благодаря этому, в случае достаточно протяженного, по сравнению с т выделенным, объема исследуемого объек" та вклады от отдельных элементов вз аимно компенсируются, sa исключением вклада от выделенного объема.

Можно подобрать фазу ц переменного неоднородного магнитного поля так,чтобы суммарный вклад..от элементов объема не относящихся к выделенному, бып минимален.

Расчет суммарного вклада от неоднородного объекта, протяженность которого соответствует значениям параметра Р, лежащим в интервале (-100 1» . 6 100j позволяет определить оптимальный диапазон сдвига фаз между частотой изменения неоднородного магнитного поля и частотой следования импульсов радиочастотного поля, о который находится в диапазоне 24-35

В качестве примера экспериментального осуществления предложенного способа рассмотрим получение проекции распределения плотности ядерных спинов в модельных объектах на некоторбе направление, принятое за ось х. Проек цию плотности спинов получают путем помещения объекта в постоянное магнитное поле, воздействия на объект последовательностью импульсов высокочастотного поля, наложения переменного неоднородного магнитного. поля, последующего синхронного детектирования и усреднения сигнала спиновой индукции и изменения неоднородного переменного магнитного поля.

Эксперимент осуществляют на спектрометре ЯМР в промежуточных полях, модифицированном с целью получения возможности наблюдения импульсных сигналов ЯМР и локализации области, от которой регистрируются сигнал ЯМР.

Измерительная система состоит иэ спектрометра ЯМР, работающего на частоте 300 кГц, блока высокочастотных импульсов, блоха управления пере, менным неоднородным полем и катушек 1 о для получения переменного неоднородного поля, имеющего градиент вдоль одной из координатных осеи, используют пары симметричных катушек, причем каждую из катушек, составляющих пару, питают переменным током разной амплитуды и в противоположной фазе.

Степень разбаланса модулирующнх токов в катушках, создающих неоднородное магнитное поле с градиентом вдоль оси х (модулирующих катушках) определяет положение плоскости, в которой амплитуда модулирующего поля обращается в нуль. Изменяя степень разбаланса, т.е. меняя соотношение токов в модулирующих катушках, перемещают положение такой плоскости и, следовательно, изменяют значение координаты х,. Значение координаты х, однозначно связано со значениями амплитуд токов в модулирующих катушках. Значение координаты х, экспериментально определяют по значениям токов модуляции в модулирующих катушках.

В качестве модельных объектов используют либо два капилляра, заполненных водным раствором парамагнитной соли NiS04 (модель 1), либо цилиндр, заполненный этим же раствором и разделенный перегородкой, параллельной оси

Таким образом, путем введения синх. ронизации между частотой повторения высокочастотных импульсов и частотой

40. изменения неоднородного магнитного поля при выборе фазы переменного неоднородного магнитного поля B момент оконча-: ния высокочастотного импульса в диапазоо не 24-35 согласно предлагаемому способу

45 достигают уменьшения фоновой помехи до уровня шумов и, как следствие, увеличение разрешающей способности и чувствительности.

50Формул а иэ обретения

Способ магнитно-резонансной интроскопии, заключающийся в воздействии на исследуемый объект постоянным маг" нитным полем, возбуждении сигналов спиновой индукции частиц объекта путем воздействия импульсным радиочастотным полем на частоте спиноваго

55 резонанса частиц и неоднородным пе43б039 4 (модель 2). Поперечные сечения моделей 1 и 2 показаны на фиг.2 и 3 со" ответственно.

На фиг.4 и 5 приведены зксперимен5 тальные зависимости усредненного сигнала спиновой индукции ат положения плоскости х=х„ для моделей 1 (кривые

1 и 2)и 2 (кривые 3 и 4) при наличии 0 синхронизации между частотами повторения высокочастотных импульсов и изменения неоднородного магнитного поо ля при значении сдвига фаз с1 = 30 беэ синхронизации, На фиг.4 приведены зависимости для модели l при значении амплитуды градиента переменного неоднородного магнитного поля 2,5»

»10 Тл м, В соответствии с кривой 2 значение фона для х =- 14 мм, где плотность спинов в модели равна нулю и составляет 50Х в случае отсутствия синхронизации, тогда как при наличии синхронизации в этой же точке фон с точностью до уровня шу25 мов полностью отсутствуе г. Уширение контура получившегося распределения на половине высоты относительного истинного составляет около 30 и 75Х для кривых 1 и 2 соответственно, чта

3О характеризует существенное эффективное увеличение разрешающей способности, В случае модели 2 при амплитуде градиента 7 10 Тл м фон отсутствует для кривои 3 и составляет рему для кривой 4 (жчг 53

)436039 ременным магнитным полем, параллельным постоянному магнитному полю, а также синхронном детектировании сигнала спнновой индукции, по величине которого определяют значения магнитно-резонансных параметров, связанных со структурой объекта, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения чувствительности и разреша- ц ющей спосо бности, воздействие неоднородным переменным магнитным полем производят синхронно с воздействием импульсным радиочастотным полем при начальном сдвиге фаз между частотой переменного неоднородного магнитного поля и частотой следования импульсов радиочастотного поля в диапазоне

24-35

1436039

1436039 1 + > ч

СФФ ю Рклдж;/ ю Ра6Улужю

Составитель В.Майоршин

Редактор А.Шандор Техред .М.Дидык Корректор И.Муска

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Зак аз 5641/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4