СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯКР-ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N24/08 G01N24/00 

Изобретение относится к способам получения изображений с помощью ядерного квадрупольного резонанса и может быть использовано при исследовании различных тел из диэлектрических материалов.

Известен способ получения ЯКР-изображения, основанный на периодическом воздействии на обследуемый объект, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами, постоянным однородным магнитным полем и линейными градиентами магнитного поля, регистрации сигналов отклика, по которому получают ЯКР-изображение [1]
Однако он не позволяет получить сразу изображение больших объектов. Кроме того, сложно создать однородное магнитное поле и линейные градиенты магнитных полей.

Общими признаками аналога с предлагаемым способом являются воздействие РЧ-импульсами, линейными градиентами поля и получение изображения.

Наиболее близким к изобретению является способ получения ЯКР-изображения, включающий периодическое воздействие на обследуемый объект, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами, импульсными линейными градиентами магнитных полей и регистрацию сигнала отклика, по которому получают ЯКР изображение [2]
Однако недостатками способа является то, что нельзя получить сразу изображение больших объектов и сложно создать импульсные линейные градиенты магнитного поля.

Общими с предлагаемым способом признаками являются воздействие РЧ- импульсами, импульсными линейными градиентами поля и получение изображения.

Задача изобретения получение ЯКР-изображения, позволяющего получить изображение больших объектов.

Задача достигается тем, что в способе получения ЯКР изображения, включающем периодическое воздействие на обследуемый объект, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами, импульсными линейными градиентами поля и регистрацию сигнала отклика, по которому получают ЯКР- изображение, импульсные линейные градиенты поля формируют в виде импульсов низкочастотного электрического поля, причем первый импульс электрического поля подают между радиочастотными импульсами с градиентом по оси Z, второй после радиочастотных импульсов с градиентами по осям X и У.

Далее раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, воздействуют импульсным низкочастотным электрическим полем (в аналоге и прототипе магнитным полем); во-вторых, импульсное низкочастотное электрическое поле подают между радиочастотными импульсами и после них (в прототипе во время действия первого РЧ-импульса и после двух РЧ-импульсов) и, в-третьих, первый импульс низкочастотного электрического поля подается с градиентом по оси Z, а второй с градиентами по осям X и Y, причем все три направления равнозначны (в прототипе основное направление по оси Z).

Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок раньше эти приемы не использовались для решения данной задачи.

На фиг. 1 приведена программа воздействия радиочастотными импульсами и линейными градиентами низкочастотного электрического поля на обследуемый объект (образец); на фиг. 2 блок-схема устройства, на котором реализован предлагаемый способ.

Способ осуществляется следующим образом.

На образец, содержащий квадрупольные ядра, воздействуют двумя РЧ-импульсами с частотой заполнения, равной частоте квадрупольного перехода. Кроме того, дополнительно воздействуют импульсами линейных градиентов низкочастотного электрического поля. Первый импульс этого поля воздействует в промежутке между РЧ-импульсами, а второй после ни, причем первый импульс поля с градиентом по оси Z, а второй с градиентами по осям X и У.

В этом случае амплитуда сигнала квадрупольного эха будет равна
<J_x>(ΔV)=B•sinω_Q(t-2τ),
где
здесь А амплитуда обычного сигнала эха, которая наблюдается при возбуждении только двухимпульсной программой;
N число резонирующих ядер;
K постоянная Больцмана;
Т температура;
J₀ функция Бесселя пулевого порядка;
G_x градиент по оси Х;
G_у градиент по оси У;
G_z градиент по оси Z;
Ω_i- частота низкочастотного осциллирующего электрического поля,
τ - временной сдвиг между РЧ- импульсами;
ω_Q - квадрупольная частота возбуждаемого перехода
Δx=x-x_o, Δy=y-y_o, Δz=z-z_o, где ΔV=Δx•Δy•Δz.
При реализации предлагаемого способа использовано устройство (фиг. 2), которое содержит:
1 микро ЭВМ;
2 блок сопряжения ЭВМ со спектрометром;
3 синтезатор частот;
4 фазоимпульсный модулятор;
5 усилитель мощности;
6 датчик с образцом (обследуемым объектом);
7 приемный тракт;
8 блок управления градиентами;
9 градиентные катушки;
10 блок управления перемещением образца.

Устройство представляет сбой автоматизированный Фурье-спектрометр ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) аналогично описанным в (авт. св. N 1163228 или одной части (одного канала) авт. св. N 1588767) с добавками - блоком управления градиентами 8, градиентными катушками 9 и блоком управления 10 перемещением образца.

При работе трех наборов градиентных катушек результирующей градиент будет зависеть от времени, величины и выбранного направления. Регистрируя картину заполнения послойно, предварительно устанавливаем такие величины токов и напряжений в катушках, чтобы при перемещении образца происходил переход от одного слоя к другому слою, т.е. чтобы изменялась выбранная координата.

Конфигурация катушек электрического поля, ВЧ-катушки и их взаимное расположение расположены и изготовлены так, чтобы было удобно работать. При этом образцы, как правило, могут быть в виде пластин, стержней, цилиндров и многослойных структур из соединений, в состав которых входят квадрупольные ядра.

Предлагаемый способ позволяет получить спиновый эхо-сигнал, который несет информацию об одной линии томографической плоскости, в результате чего анализ Фурье данного сигнала позволяет прямое восстановление изображения этой линии без необходимости использовать сложный алгоритм восстановления.

Так например, если установим полевую постоянную , градиент G_x 2 кВ/см², частоту Ω_x 10 Гц и линейный размер ΔX 2,4 мм, то в этом случае получаем изображение от объема ΔV 14 мм³. Как видно из полученного, этот способ особенно хорош для больших объемов, причем все три направления равнозначны, т.е. можно образец перемещать либо по X, либо по Y, либо по Z. Увеличение ΔV можно получить за счет увеличения частоты Ω_x либо за счет уменьшения градиента G_x.

На фиг. 3 приведена экспериментальная реализация данного способа (на ядрах ²⁰⁹Bi в поликристаллическом BiCl₃ J 9/2, наблюдаемый переход 7/2 9/2, V 51,7 МГц, Т 296К). Образец находится в ампуле, которую помещают в электрическое поле и перемещают. Амплитуда сигнала эхо, которая зависит от объема исследуемого образца, приведена на этом чертеже.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно упростить получение ЯКР-изображения за счет использования градиента электрического поля, причем их использование позволяет получить три равнозначных направления перемещения исследуемого образца.

Кроме того, оно создает возможность получения изображения от больших объемов (в прототипе при тех же условиях 2 мм³).

Использование: исследование тел из диэлектрических материалов. Сущность изобретения: на образец, содержащий квадрупольные ядра, воздействуют радиочастотными импульсами. Дополнительно воздействуют импульсами линейных градиентов низкочастотного электрического поля. Первый импульс этого поля воздействует в промежутке между радиочастотными импульсами с градиентом по оси Z, второй - после радиочастотных импульсов с градиентами по осям X и У. 3 ил.

Способ получения ЯКР-изображения, включающий периодическое воздействие на обследуемый объект, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами, импульсными линейными градиентами поля и регистрацию сигнала отклика, по которому получают ЯКР-изображение, отличающийся тем, что импульсные линейные градиенты поля формируют в виде импульсов низкочастотного электрического поля, причем первый импульс электрического поля подают между радиочастотными импульсами с градиентом по оси Z, второй после радиочастотных импульсов с градиентами по осям Х и Y.