Способ вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса

 

Изобретение относится к вычислительной томографии на основе ЯМР и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения влияния неоднородности постоянного магнитного поля. Исследуемый объект с характерным размером L и временем спин-решеточной релаксации T<SB POS="POST">2</SB> помещают в постоянное магнитное поле, воздействуют на него селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-градиента магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных значениях Y-градиента магнитного поля, регистрируют сигнал ЯМР, а по полученным данным вычисляют ЯМР-томограмму, причем X-градиент магнитного поля включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времени Τ=T<SB POS="POST">2</SB>/2N, где N - число частиц матрицы ЯМР-томограммы, выключают X и Y градиенты магнитного поля и воздействуют на исследуемый объект последовательностью 180° радиочастотных импульсов (180°-Τ<SB POS="POST">1</SB>-Τ<SB POS="POST">2</SB>)N, где N=1-N,Τ<SB POS="POST">1</SB>=Τ<SB POS="POST">2</SB>=Τ, регистрируют сигнал ЯМР в течение интервала Τ<SB POS="POST">1</SB>, суммируют полученные данные и присваивают каждой сумме порядковый номер N, причем для вычисления ЯМР-томограммы формируют новый массив данных, состоящий из этих сумм, расположенных в порядке возрастания номера N, и во время интервала Τ<SB POS="POST">2</SB> воздействуют X-градиентом магнитного поля, величина которого не изменяется из соотношения *981<SB POS="POST">0</SB>G<SB POS="POST">X</SB>(T)DT=2Τ/γТ<SB POS="POST">2</SB>L, величина Y-градиента магнитного поля в зависимости от номера цикла сканирования M определяется из соотношения *981<SB POS="POST">0</SB>G<SB POS="POST">U</SB>(T)DT=2Τ<SB POS="POST">M</SB>/γТ<SB POS="POST">2</SB>L. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (П) ш 4 С 01 N 24/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2тш/1 ТФЬ, 1 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4237768/24-25 (22) 30.04.87 (46) 15.12.89. Бюл.В 46 (71) Всесоюзньй научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (72) В.И.Крутских (53) 537.635.082(088.8)

1 (56) Хиншо Ч.С., Лент А.С. Основы ЯМРвизуализации: от уравнения Блоха к

1уравнению визуализации, ТИИЭР, 1983, )т.71, Р 3, с.77-98.

Авторское свидетельство СССР

У 1467476, кл. С 01 И 24/08, 1986. (54) СПОСОБ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТОМОГРАФИИ

HA ОСНОВЕ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к вычислительной томографии на основе ЯМР и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения влияния неоднородности постоянного магнитного поля.

Исследуемый объект с характерным размером Ь и временем спин-решеточной релаксации Т помещают в постоянное магнитное поле, воздействуют на него ° селективным радиочастотным импульсом

2 при наличии Z-градиента магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных значениях Y градиента магнитного поля регистрируют сигнал

ЯМР, а по полученным данным вычисляют ЯМР-томограмму, причем Х-градиент магнитного поля включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времени с = Т /2N, где N — - число частиц матрицы ЯМРтомограммы, выключают Х- и Y-градиенты магнитного поля и воздействуют на исследуемый объект последовательносо тью 180 радиочастотных импульсов (180 — (., - С )и, где п 1 — N, n л, регистрируют сигнал

ЯИР в течение интервала С,, суммируют полученные данные и присваивают каждой сумме порядковый номер п, причем для вычисления ЯМР- томограммы формируют новый массив данных, состоящий из этих сумм, расположенных в порядке возрастания номера и, и во время интервала о воздействуют Х градиентом магнитного поля, величина которого не изменяется иэ соотношения

С>(t)dt 2 / Т Ь величина Y-градиента магнитного поля в зависимости от номера цикла сканирования ш onpel деляется из соотношения J G (t)dt

1529088

Изобретение относится к вычислительной томо графии на о снов е ядерного магнитного резонанса и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения влияния неоднородности постоянного магнитного поля.

На чертеже представлена временная диаграмма последовательности радиочастотных импульсов и градиентов магнитного поля. 15

Способ вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса осуществляют следующим образом.

При воздействии на исследуемый объект, помещенный в постоянное 20 магнитное поле, 90 селективным радиочастотным импульсом при наличии 2 градиента магнитного поля в нем возбуждаются только спины ядер, находящиеся в плоскости, перпендикулярной 25 оси Z. Иирина выделенного слоя опрео деляется спектром 90 селективного импульса и величиной градиента магнитного поля. Дпя получения пространственного разрешения по координате Х gp вводится Х градиент магнитного поля

С„(t) ° Введя величину неоднородности магнитного поля, получаем

Н(Х у) Н, + ДН(х, у) + G„(t)x, 35 где Но — однородное магнитное поле;

ЬН(х, у) — отклонение напряженности

MB1 HHTHOI О IIOJIH OT H точке (х, у).

После воздействия 90 радиочастотным импульсом от каждой точки исследуемого объекта имеем сигнал, зависящий от характерных времен, спин-решетчатой Т4 и спин-спиновой Т релаксации исследуемого объекта. Выражение для сигнала ЯМР от всего объекта с учетом составляющих магнитного поля получается с помощью интегрирования по координатам Х и Y. Суть изобретения состоит в том, что предлагается регистрировать зависимость амплитуды сигнала ЯМР S от t и фазы f Gg(t)t.

В этом случае член II11Н(х)t можно компенсировать с помощью специальной последовательности радиочастотных импульсов в сочетании с определенной функцией Сх(г). В частности, это реализуется следующим образом. После

90 селективного импульса в течение интервала времени одновременно включаются градиенты магнитного поля

С х и G . За это время происходит изменение фазы как за счет градиентов магнитного поля, так и за счет неоднородности магнитного поля ДН(х).

После интервала ь градиенты магнитного поля С „ и G выключаются и на исследуемый объект воздействуют 180 радиочастотным импульсом, который изменяет ориентировку магнитных моментов относительно ЬН(х) и происходит восстановление сигнала ЯМР, которое принято называть эффектом спинового эха.

Проинтегрировав этот сигнал по времени в интервале ь, получаем среднее значение сигнала ЯМР, Вследствие изменения G от одного цикла сканирования к другому и вследствие дополнительной подфазировки в интервале времени, в течение которого снова включается градиент магнитного поля

Сх, и после следующего 180 радио" о частотного импульса после интегрирования сигнала можно получить полный набор данных для визуализации. Амплитуда градиентов магнитного поля в данном случае выбирается следующим образом.

В силу того, что h,Í(õ, у) уже не влияет на процесс сканирования, величины градиентов выбираются только из ограничения, связанного с тем, что вследствие спин-спиновой релаксации происходит естественное уширение линии спектра сигналов ЯМР. Можно еще учитывать уширение вследствие химического сдвига или Т, но в большинстве практических случаев это не требуется, а в случае необходимости

его можно учесть аналогичным образом. Известно, что уширение линии вследствие Т равно на половине амплитуды 2/Т, следовательно, .величину градиентов необходимо выбирать так, чтобы выполнялось условие л

2л

G (t)dt т,ь

Это слепует из того, что для разделения N точек в спектре при есте,ственном уширении линии 2/Т, должно 1 выполняться условие

Т

1529088

Вследствие того, что в данном случае сигнал регистрируется без градиента магнитного поля, важно изменение фазы за время, следовательно, ) G„(t)dt - — -"- °

2сN т ь

В силу того, что подфазировка проводится п раз, следовательно, для каждого шага подфаэировки должно вы10 полняться условие л

2л

G„(t)dt - — -"

1 т,ь и

Изменения фазы эа счет Y-rpapveaxa магнитного поля не суммируются, поэтому необходимо изменить амплитуду градиента G в зависимости от номера цика сканирования m 20

2сш

G (t)dt - —— т,ь где m изменяется в пределах от 1 до

N, Пример. Исследуемый объект со временем спин-спиновой релаксации

Т = 5 ° 10 с и характерным размером

-1

0 5 м помешают в постоянное магнитное поле с напряженностью 0,)4 Т и относительной неоднородностью 10

Число точек матрицы ЯИР-томограммы

М 128. Длительность интервалов л — 5 о

3, = = 10 с. Длительность !80 радиочастотного импульса 5 10 с.

Величина Х-градиента магнитного поля

1,8 10, Т/м; Y-градиента - m 8

110 Т/м; m 1-128; G„, G

const, Применение предлагаемого метода позволяет в 1000 и более раз уменьшить

40 влияние неоднородности постоянного магнитного поля, что ведет к упрощению технологии изготовления магнитных систем и, следовательно, к снижению стоимости всЕго томографа.

Формула изобретения

Способ вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса, заключающийся в том, что исследуемый объем с характерным размером

L и временем спин-решеточной релаксации Т помещают в постоянное магнити ное поле, воздействуют на него селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-гардиента магнитного поля, затем воздействуют Х и Y-градиентами магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных значениях

Y-градиента магнитного поля, регистрируют сигнал ЯМР, при этом первоначально Х-градиент магнитного поля включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времени С после начала воздействия селективным радиочастотным импульсом, где ь = Т /2N, à N — число точек матрицы

ЯМР-томограммы, затем на исследуемый объект воздействуют последовательноо стью 180 — радиочастотных импульсов (180 —, — ) п, где п л л. л изменяют от 1 до N, а с, = с и регистрируют сигналы ЯМР, по величине которых с помощью Фурье-преобразователя вычисляют ЯМР-томограмму, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерений за счет уменьшения влияния неоднородности постоянного магнитного поля, во время о действия последовательности 180 импульсов на исследуемый объект дополнительно воздействуют Х-градиентом магнитного поля в течение интервала

Ъ, при этом величину G (t)Y rpa ента магнитного поля выбирают из соотношения

L,л

2 m !! Т,ь (G (t)dt где ш — цикл сканирования, изменяющийся от 1 до N; гиромагнитное отношение, а величину G_#_(t)X — градиента магнитного поля — из соотношения л с

1с„(с)а о т,ь а ЯМР-томограмму вычисляют по массиву данных, получаемых иэ усредненных значений сигналов ЯМР, измеренных в течение интервала с, при укаэанных изменяющихся значениях и и m.

I 529088

Корректор С.Черни

Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Редактор С.Лисина

Заказ.7633/38

Составитель В.Майоршин

Техред Л.Сердюкова