СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПРОДОЛЬНОЙ ЯДЕРНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ РЕЛАКСАЦИИ T Российский патент 2006 года по МПК A61B5/55 A61B5/145 

Описание патента на изобретение RU2267291C1

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к способам неинвазивного определения глюкозы в крови путем определения времени спин-решеточной (продольной) релаксации T1 в сыворотке и в плазме крови с помощью ядерного магнитного резонанса. Известны различные модификации способа диагностики злокачественных новообразований и диабета, включающие определение времени продольной релаксации T1 в сыворотке и плазме крови. Авторское свидетельство СССР №888948, МПК G 01 N 33/48, 1980 г. Авторское свидетельство СССР №1223444, МПК G 01 N 33/48, 1982 г. Авторское свидетельство СССР №1510532, МПК G 01 N 33/48, 1987 г.

В приведенных выше способах бралась кровь из локтевой вены пациента как для стандартного лабораторного анализа и проводился анализ капиллярной крови, взятой из пальца.

Известен способ диагностики, основанный на определении времени продольной релаксации T1 в сыворотке и плазме крови. (RU №2154272, МПК G 01 N 33/48, 2000 г. - прототип), в этом патенте данные продольной ЯМР-релаксации T1, измеренные стандартным методом ядерного магнитного резонанса и преобразованные в безразмерные величины, дополняют данными других физических способов исследования сыворотки крови. Данные вводятся в виде безразмерных коэффициентов в компьютер для определения итогового коэффициента. Итоговый коэффициент используют только для оценки динамики процесса, произошедшего в организме пациента по сравнению с предыдущим анализом.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности измерений для определения содержания сахара в крови.

Технический результат достигается тем, что в способе определения времени продольной ядерной магнитно-резонансной релаксации T1 для определения содержания сахара в крови, включающем размещение объекта для измерений в чувствительный индуктивный элемент ЯМР-анализатора, индикацию результатов измерения в виде сигналов ЯМР и их сравнение с градуировочными измерениями, внутрь чувствительного индуктивного элемента ЯМР-анализатора, выполненного в виде катушки-датчика, расположенной в неоднородном рабочем магнитном поле, помещают палец пациента, магнитное поле модулируют по частоте посредством генератора звуковой частоты и катушек модуляции магнитного поля, установленных в постоянном магнитном поле, при этом относительная величина неоднородности магнитного поля удовлетворяет условиям 2·10-4≤ δН00 ≤ 10-1, Н0 ≠ Нр, Нр = f/γ, где δН0 - неоднородность магнитного поля, Н0 - напряженность постоянного магнитного поля, f - частота высокочастотного генератора, γ - гиромагнитное отношение, Нр - напряженность резонансного магнитного поля, напряженность суммарного неоднородного магнитного поля изменяют посредством подачи прямоугольного импульса тока на катушки для создания импульса магнитного поля и при наступлении ядерного магнитного резонанса осуществляют модуляцию высокочастотного поля по амплитуде, при этом сигнал с контура генератора высокой частоты преобразуют в виде низкочастотного сигнала переменного тока в сигнал ЯМР и получают результат измерений в виде показателя степени экспоненты, определяющей время релаксации T1.

Кроме того, предпочтительно, чтобы при измерении концентрации сахара в крови амплитуда прямоугольного импульса тока была выбрана с возможностью создания напряженности суммарного неоднородного магнитного поля большей резонансного значения.

На фиг.1 представлена экспериментальная зависимость времени релаксации ядер T1 от концентрации глюкозы в плазме (верхняя прямая) и цельной крови (нижняя прямая) разных людей, находящихся на лечении. Из графических данных видно соответствие между временем релаксации и концентрацией сахара в крови.

На фиг.2 представлена экспериментальная зависимость времени релаксации Т1 от концентрации сахара, полученная для пальца руки человека.

На фиг.3 схематично представлена блок-схема измерений, где 1 - исследуемый образец, в частности палец, 2 - катушка-датчик, 3 - генератор высокочастотных колебаний, 4 - генератор звуковой частоты, 5 - катушки модуляции магнитного поля, 6 - катушки для создания импульса магнитного поля, 7 - генератор прямоугольных импульсов, 8 - амплитудный детектор, 9 - предварительный усилитель, 10 - резонансный усилитель, 11 - компьютер, 12 - магнит.

На фиг.4 представлена диаграмма для определения времени релаксации T1 для цельной крови.

На фиг.5 представлена диаграмма следования полученных импульсов для определения ритмов сердца.

Основой способа неинвазивного определения содержания сахара в крови человека, включающего измерения на основе ЯМР-диагностики времени релаксации T1, является прямая зависимость этого времени от концентрации глюкозы в крови.

Палец руки человека представляет собой идеальный объект для измерений. В пальцах имеется множество капилляров, в которых скорость движения крови небольшая 0,5-1,2 мм/с, это сводит к минимуму влияние артефактов от движения. Отношение объема, занимаемого межклеточной жидкостью, кровью и мышечной тканью, к объему, занимаемому костной тканью, достаточно большое. Это позволяет получать амплитуды сигналов ЯМР от жидкостной компоненты пальца, достаточные для дальнейшего усиления и обработки. Состав межклеточной жидкости и крови по отношению к глюкозе совершенно идентичен. От костной ткани сигнал ЯМР не возникает, поскольку в ней нет свободных протонов. Для мышечной ткани время релаксации Т1 около 0,05 с, и изменения количества этой ткани, которые могут быть у разных людей, не вносят заметных изменений в величину времени релаксации T1. Таким образом, при регистрации сигнала от пальца фактически измеряется сигнал от крови и межклеточной жидкости, а поскольку они по отношению к глюкозе идентичны по своему составу, то поведение времени релаксации T1 непосредственно связано с концентрацией глюкозы в крови человека. Палец выполняет функцию сосуда, не влияющего на измерения диагностических параметров.

Способ определения содержания глюкозы в крови человека и оценка ритмов сердца заключаются в следующем.

Палец пациента 1 размещают в цилиндрической катушке-датчике 2, расположенной в неоднородном (˜10-2) магнитном поле, направление которого перпендикулярно к оси катушки. Разброс неоднородности магнитного поля обусловлен границами возможности измерений, чувствительности и точности измерений.

Катушка-датчик 2 является задающим контуром генератора высокой частоты 3. Этот генератор малых колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью, благодаря которой поддерживается непрерывная генерация.

При этом схема чувствительна к небольшим изменениям добротности контура. Магнитное поле модулируют с помощью генератора звуковой частоты 4 и соответствующих катушек 5, размещенных в магните (в экспериментальной установке эта частота равна 5000 Гц). Напряженность неоднородного рабочего магнитного поля обычно меньше резонансного значения. Напряженность магнитного поля Н0 может быть и больше резонансного значения, это зависит от знака магнитного поля, создаваемого импульсным генератором или условиями подключения катушек 6 к генератору импульсов тока 7.

В общем случае резонанс достигается при изменении напряженности магнитного поля путем подачи импульса тока на катушки 6 от генератора импульсов тока 7.

Резонансные условия определяются формулой f=γНр, где f - частота высокочастотного генератора, Нр - напряженность резонансного магнитного поля, γ - гиромагнитное отношение (для протонов γ=42,58 МГц/Тл).

На катушки 6, расположенные в электромагните или в постоянном магните 12, от генератора импульсов 7 подают прямоугольный импульс тока, чтобы возникающее в катушках 6 магнитное поле сложилось с постоянным полем Н0 магнита 12 и заведомо превысило бы резонансное значение Нр.

Передний фронт этого импульса должен быть значительно меньше, чем время (γ·δH0)-1, где δН0 - неоднородность магнитного поля. Напряженность создаваемого поля в катушках 6 зависит от того, насколько мы отстоим от резонанса. Время прохождения через резонанс определено фронтом импульса, поэтому фронт импульса должен быть по возможности меньше и не превышать время релаксации. В нашем случае фронт импульса составил около 1 млсек.

В момент наступления ядерного магнитного резонанса изменяется добротность катушки и происходит модуляция высокочастотного поля по амплитуде. Сигнал поступает с контура генератора высокой частоты 3 на амплитудный детектор 8, где преобразуется в низкочастотный сигнал переменного тока - сигнал ЯМР, который представляет собой один импульс или череду импульсов.

Если необходимо измерить время релаксации T1, то амплитуду импульса выбирают такой, чтобы создаваемое соответствующими катушками магнитное поле было больше, чем резонансное значение.

Длительность импульса выбирают исходя из соображения экономии времени. Для измерения времени релаксации T1 достаточным является условие, при котором длительность импульса равна удвоенному времени релаксации.

Сигнал ЯМР, если это необходимо, подают на предварительный усилитель 9 и узкополосный усилитель 10, настроенный на звуковую частоту (в нашем случае такая частота 5000 Гц). Затем сигнал передают в компьютер 11. Компьютер 11 обрабатывает полученные сигналы и выдает результат в виде показателя степени экспоненты, характеризующей время релаксации T1, сравнивает с градуировочными (эталонными) измерениями.

Пример.

С помощью устройства, представленного на фиг.3, обеспечивается высокая чувствительность. В качестве примера рассмотрим вариант, когда в катушку-датчик 2 был помещен палец пациента (фиг.4, 5). От импульсного генератора 7 на катушки 6 подали импульс тока с длительностью больше секунды (для измерения времени релаксации длительность импульса должна быть в 4-5 раз больше, чем время релаксации). В данном случае длительность импульса тока составила 5 сек. Одиночный импульс (фиг.4) характеризует время релаксации крови человека. Из этой диаграммы следует, что время релаксации в крови составило 0,48 с.

Похожие патенты RU2267291C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО НЕИНВАЗИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ САХАРА В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА 2003
  • Протасов Евгений Александрович
  • Есиков Олег Семенович
RU2271741C2
СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА 2003
  • Протасов Е.А.
  • Есиков О.С.
RU2257847C2
СПОСОБ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И/ИЛИ АНАЛИЗА СОЕДИНЕНИЙ, ОДНОВРЕМЕННО ПРОЯВЛЯЮЩИХ ЯДЕРНЫЙ КВАДРУПОЛЬНЫЙ РЕЗОНАНС И ЯДЕРНО-МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС ИЛИ ДВОЙНОЙ ЯДЕРНЫЙ КВАДРУПОЛЬНЫЙ РЕЗОНАНС 2004
  • Пусиоль Даниэль Х.
RU2344411C2
Способ наблюдения ядерного магнит-НОгО РЕзОНАНСА 1976
  • Мефед Анатолий Егорович
  • Ацаркин Вадим Александрович
SU817554A2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЯДЕРНОЙ СПИН-СПИНОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ 2005
  • Белый Юрий Иванович
  • Мефед Анатолий Егорович
  • Семейкин Николай Павлович
  • Гарцев Николай Александрович
  • Шаршин Юрий Александрович
  • Помозов Валерий Владимирович
RU2277707C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ТОЧНОЙ ЯДЕРНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ / МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ, ОСНОВАННОЙ НА ПРИНЦИПАХ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 2008
  • Фенг, Дерек, Д.
RU2531140C2
ЯМР СПЕКТРОСКОПИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВА ЯМР С ГРАДИЕНТНЫМ ПОЛЕМ 2003
  • Кришнамурти Ганесан
RU2251097C2
Способ наблюдения ядерного магнитного резонанса 1975
  • Мефед Анатолий Егорович
  • Ацаркин Вадим Александрович
SU600430A1
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРОВОЙ ТКАНИ В ТЕЛЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА 2012
  • Анисимов Николай Викторович
  • Пестерева Людмила Федоровна
  • Волкова Ксения Леонидовна
RU2535904C2
Устройство для измерения индукции магнитного поля 1980
  • Мельников Николай Михайлович
  • Жерновой Александр Иванович
SU883819A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 267 291 C1

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПРОДОЛЬНОЙ ЯДЕРНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ РЕЛАКСАЦИИ T

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к способам аппаратного неинвазивного определения глюкозы в крови по результатам ЯМР-исследования. Способ определения времени продольной ядерной магнитно-резонансной релаксации T1 для определения содержания сахара в крови включает размещение объекта для измерений в чувствительный индуктивный элемент ЯМР-анализатора, индикацию результатов измерения в виде сигналов ЯМР и их сравнение с градуировочными измерениями. Внутрь чувствительного индуктивного элемента ЯМР-анализатора, выполненного в виде катушки-датчика, расположенной в неоднородном рабочем магнитном поле, помещают палец пациента, магнитное поле модулируют по частоте посредством генератора звуковой частоты и катушек модуляции магнитного поля, установленных в постоянном магнитном поле, при этом относительная величина неоднородности магнитного поля удовлетворяет условиям 2·10-4≤ δН00 ≤ 10-1, Н0 ≠ Нр, Нр= f/γ, где δН0 - неоднородность магнитного поля, Н0 - напряженность постоянного магнитного поля, f - частота высокочастотного генератора, γ - гиромагнитное отношение, Нр - напряженность резонансного магнитного поля, напряженность суммарного неоднородного магнитного поля изменяют посредством подачи прямоугольного импульса тока на катушки для создания импульса магнитного поля и при наступлении ядерного магнитного резонанса осуществляют модуляцию высокочастотного поля по амплитуде, при этом сигнал с контура генератора высокой частоты преобразуют в виде низкочастотного сигнала переменного тока в сигнал ЯМР и получают результат измерений в виде показателя степени экспоненты, определяющей время релаксации T1. Использование изобретения позволяет повысить точность и достоверность измерений. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 267 291 C1

1. Способ определения времени продольной ядерной магнитно-резонансной релаксации T1, включающий размещение объекта для измерений в чувствительный индуктивный элемент ЯМР-анализатора, индикацию результатов измерения в виде сигналов ЯМР и их сравнение с градуировочными измерениями, отличающийся тем, что внутрь чувствительного индуктивного элемента ЯМР-анализатора, выполненного в виде катушки-датчика, расположенной в неоднородном рабочем магнитном поле, помещают палец пациента, магнитное поле модулируют по частоте посредством генератора звуковой частоты и катушек модуляции магнитного поля, установленных в постоянном магнитном поле, при этом относительная величина неоднородности магнитного поля удовлетворяет условиям 2·10-4≤δН00≤10-1, Н0≠Нр, Нр=f/γ, где δН0 - неоднородность магнитного поля, Н0 - напряженность постоянного магнитного поля, f - частота высокочастотного генератора, γ - гиромагнитное отношение, Нр - напряженность резонансного магнитного поля, напряженность суммарного неоднородного магнитного поля изменяют посредством подачи прямоугольного импульса тока на катушки для создания импульса магнитного поля и при наступлении ядерного магнитного резонанса осуществляют модуляцию высокочастотного поля по амплитуде, при этом сигнал с контура генератора высокой частоты преобразуют в виде низкочастотного сигнала переменного тока в сигнал ЯМР и получают результат измерений в виде показателя степени экспоненты, определяющей время релаксации T1.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении концентрации сахара в крови амплитуду прямоугольного импульса тока выбирают с возможностью создания напряженности суммарного неоднородного магнитного поля большей резонансного значения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2267291C1

МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ 1998
  • Гангардт М.Г.
  • Карякина Н.Ф.
  • Павлов А.С.
  • Боженко В.К.
  • Папиш Е.А.
RU2154272C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОЛИЧЕСТВА САХАРА В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА, СТРАДАЮЩЕГО САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Дибелов В.Ф.
  • Ламбров А.В.
RU2088927C1
Способ ЯМР-томографии 1988
  • Уткин Владимир Михайлович
SU1702271A1
JP 7313486, 12.05.1995
JP 2000126155, 09.05.2000.

RU 2 267 291 C1

Авторы

Протасов Евгений Александрович

Протасов Дмитрий Евгеньевич

Даты

2006-01-10Публикация

2004-05-14Подача