Способ измерения распределения постоянного магнитного поля в ямр-томографе

 

Изобретение относится к технической физике, a именно к измерительной технике2/на основе ядерного магнитного резонанса. Цель изобретения - повышение точности измерения. Способ заключается в воздействии на слой возбужденных спинов образца импульсами первого и второго ортогональных градиентов магнитного поля в плоскости слоя инвертирующим импульсом высокочастотного магнитного поля и затем третьим градиентом постоянной амплитуды, формирующим сигнал спинового эха, который дискретизируют и регистрируют в запоминающем устройстве. Возбуждение и регистрацию повторяют Г1ри разяой амплитуде первого градиента. При этом в момент максимума спинового эха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в а раз.7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 24/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЯ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4700915/25 (22) 05,06.98 (46) 15.02.92. Бюл. N. 6 (71) Институт прикладной физики АН БССР

P2) И. К. Лукьянович и А. А. Савицкий (53) 539,143.43(088.8) (56) Патент США М 4672318, кл. G 01 R

33/20, 1987, Афанасьев Ю, В. и др, Магнитометрические преобразователи, приборы, установки, Л.: Энергия, 1972, с. 271. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

В ЯМР-ТОМОГРАФЕ (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к измерительной технике

Изобретение относится к технической физике, а именно к измерительной технике на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР), и может быть использовано при построении картины пространственного распределения постоянного магнитного поля в объеме преобразователя ЯМ Р-томографа.

В ЯМР-томографии высокие требования предъявляются к, однородности постоянйого магнитного поля, в связи с чем при настройке магнита и коррекции изображения необходимо оперативно,получать картину пространственного распределения поля.

Одним из известных способов построения распределения магнитного поля является измерение точечным датчиком, например

ЯМР, величины поля в зависимости от координат. Однако он требует больших затрат времени на проведение измерений и в результате практически неприемлем для це„„5U„„1712845 А1 на основе ядерного магнитного резонанса.

Цель изобретения — повышение точности измерения. Способ заключается в воздействии на слой возбужденных спинов. образца импульсами первого и второго ортогональных градиентов магнитного поля в плоскости слоя инвертирующим импульсом высокочастотного магнитного поля и затем третьим градиентом постоянной амплитуды, формирующим сигнал спинового зха, который дискретизируют и регистрируют в запоминающем устройстве. Возбуждение и регистрацию повторяют при разной амплитуде первого градиента. При этом в момент. максимума:спинового зха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в а раз. 7 ил.

1 лей ЯМР-томографии, где используются значительные объемы магнитного поля.. вНаиболее близким к предлагаемому является способ измерения распределения постоянного магнитного поля в томографв

ЯМР, который заключается в том, что в слое образца, помещенного в ЯМР-томограф, О© возбуждают ядерные спины, прикладывая Ф одновременно 90 -й импульс ВЧ магнитно- (Л го поля и импульс градиента магнитного поля. Затем последовательно прикладывают первый импульс градиентного магнитного поля первого направления и 18ОО-й импульс

ВЧ магнитного поля. Второй и третий импульсы градиентного магнитного поля прикладывают вдоль другого направления, перпендикулярного первому так, что в течеwe третьего импульса формируется сигнал спинового эха, который дискретизируют и регистрируют в запоминающем устройстве.

1712845

Возбуждение и регистрацию повторяют при разных значениях амплитуды первого градиентного импульса, После математической обработки данных получают картину распределения постоянного магнитного поля.

Недостатками известного способа является тр, что для оценки величины поля используется фазовый метод, который не обеспечивает необходимую точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Для этого в способе, основанном на воздействии на образец последовательностью импульсов высокочастотного и трех градиентных магнитных полей, формирующих сигнал спинового эха с последующей

его дискретизацией, в момент максимума спинового эха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в а раз, после чего путем математической обработки данных получают распределение магнитного поля.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2— последовательность ВЧ импульсов, действующих на образец в зависимости от времени t, где Т вЂ” временной интервал между ВЧ импульсами; на фиг. 3-5 — последовательность градиентов g магнитного поля вдоль осей Z, Y, Х соответственно, Тл/м — градиент магнитного поля; на фиг. 6 — сигнал спинового эха, получаемый от образца в результате действия ВЧ и градиентных импульсов, 3 — амплитуда спинового эха; на фиг. 7 — импульсы дискретизации аналогоцифрового преобразователя, U — напряжение импульса.

Способ осуществляется следующим образом.

На образец. помещенный в постоянное .магнитное поле ЯМР-томографа, воздействуют импульсом ВЧ магнитного поля и градиентом магнитного поля, например, вдоль оси 2 (фиг. 3). В результате в слое образца возбуждается магнитный резонанс путем поворота вектора спиновой намагниченности в слое на 900. Затем на слой возбужденных спинов, действуют импульсом градиента магнитного поля вдоль оси У (фиг. 4) в течение времени Ту и импульсом градиента вдоль оси Х (фиг. 5) в течение времени tx. После этого воздействуют ВЧ магнитным импульсом, поворачивающим ядерные магнитные спины на 180О, и затем изменяют амплитуду градиента вдоль оси Х (фиг. 4).

Дискретные значения амплитуды сигнала эха регистрируют в запоминающем устройстве. При этом в момент времени, соответствующий максимуму эха, изменяет амплитуду градиента вдоль оси Х и частоту дискретизации ва раз

Е, (Х, У ус а

I где Е» — частотная производная неоднородности магнитного поля по координате х;

10 f — полоса пропускания канала регистрации данных;

1>- гиромагнитное отношение ядер образца; а — линейные. размеры исследуемой об15 ласти образца.

Нижняя граница для а определяется иэ выражения для сигналов магнитного резонанса после воздействия на образец импульсной . последовательности с учетом

20 свойств д-функции Дирака. Верхняя граница параметра аопределяется из условия сохранения всей частотной информации при регистрации сигналов резонанса.

После построения изображений, соответствующих данным фиг. 1-6, проводят математическую обработку полученных изображений, Устройство (фиг. 1) содержит управляющую электронно-вычислительную машину

- 0 (ЭВМ) 1, приемник 2 сигналов магнитного резонанса, квадратурный фазовый детектор .3, передатчик 4, источники питания градиентных катушек 5-7, дисплей 8, приемную катушку 9, передающие катушки 10, систему

Э5 градиентных катушек 11, катушки электромагнита 12, источник 13 питания электромагнита, образец 14, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 15 и 16, Устройство работает под управлением

ЭВМ следующим образом.

Сигнал с частотой, равной резонансной частоте спинов образца 14, находящегося в поле электромагнита 12. питаемого источ- . ником 13 питания. с передатчика 4 поступа45 ет на передающие катушки 10, создающие высокочастотное магнитное поле, ортогональное полю электромагнита 12. Одновременно с источника 5 питания на систему градиентных катушек 11 подается импульс

50 тока gz-градиента. В результате в образце

14 возбуждается слой спинов в плоскости Х, У.

Затем с источника 6 питания в катушки

g ãðàäèåHTà подается импульс тока в тече55 we времени Ту, а с источника.7 питания— импульс тока g>-градиента а течение времени ь. В момент времени Ти таким же образом формируется импульс высокочастотного магнитного поля, инвертирующий фазу

1712845 возбужденных спиновых моментов. Затем с источника 7 питания подается импульс тока в катушки g>-градиента, который в момент времени.2Ти изменяет свою амплитуду.

В приемной катушке 9 индуцируется сигнал спинового эха, который усиливается в приемнике 2, детектируется квадратурным фазовым детектором 3, преобразуется в цифровую форму АЦП 15 и 16, и две компоненты (действительная и мнимая) сигнала спинового,эха регистрируются в памяти

ЭВМ 1. При этом в момент времени 2ТИ под управлением ЭВМ 1 изменяется частота дискретизации АЦП 15 и 16 в соответствии с изменением амплитуды тока в катушках gxградиента. Указанную последовательность высокочастотных и градиентных импульсов повторяют N pas npu N различных значениях амплитуды тока в катушках цуградиента.

После математической обработки полученных сигналов с помощью ЭВМ 1 получают два спиновых изображения (каждое из NxN элементов), из которых строят картину распределения поля, которая отображается на дисплее 8.

Способ измерения распределения пострянного магнитного поля в ЯМР-томографе позволяет исключить из измерений фазу сигнала эха, весьма чувствительный к мешающим факторам параметр. и таким образом, повысить точность измерения магнитного поля.

Формула изобретения

Способ измерения распределения постоянного магнитного поля в ЯМР-томографе, заключающийся в том, что в образце. помещенном в ЯМР-томограф; возбуждают ядерные спины, прикладывая одновременно 90О-й импульс высокочастотного (ВЧ} и

5 импульс градиентного вдоль оси Z магнитного 9 полей, затем прикладывают первый импульс градиентного магнитного поля g> вдоль оси У и 180О-й импульс ВЧ магнитного поля, второй и третий импульсы градиентно10 го магнитного поля g>< прикладывают вдоль оси Х так, что в течение третьего импульса формируется сигнал спинового эха, который регистрируют путем дискретизации и sanoминания в запоминающем устройстве, воз15 буждение и регистрацию повторяют при разных значениях gy и после математической обработки получают распределение магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере20 ния, в момент максимума спинового эха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в а раз, причем значение параметра а выбирают из диапазона

Ех (Х, Y)

g, yga

1 где Ех (X, Y) — частная производная неоднородности магнитного поля по координате х

f — полоса пропускания канала регистрации данных; у- гиромагнитное отношение ядер образца: а — линейные размеры исследуемой

З5 области образца.

1712845

Редактор И.Касарда

Заказ БИ Тираж . Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

9/ю

Jg

Ю . t /ì

Составитель И,Старостенко

Техред М;Моргентал Корректор Л.Патай