Способ функционирования магнитно-резонансного томографа на основе метаповерхности (варианты) Российский патент 2022 года по МПК A61B5/55 

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике. Магнитно-резонансная томография занимает важную роль в медицинской визуализации благодаря неинвазивности процедур, качественной визуализации мягких тканей и высокой разрешающей способности. Магнитно-резонансный томограф (МРТ) позволяет решать широкий спектр задач, важнейшим аспектом которых является достижение нужного качества получаемых изображений при заданном времени сканирования. Сокращение времени сканирования позволяет улучшить визуализацию подвижных органов, увеличить пропускную способность МРТ и снизить радиочастотную (РЧ) нагрузку на пациентов.

В классических МРТ получение изображения осуществляется путем выполнения импульсной последовательности, состоящей из чередующихся режимов передачи с режимами приема с обеспечением частотного и фазового кодирования. После заполнения полного k-пространства путем обратного преобразования Фурье выполняется его реконструкция для получения магнитно-резонансного (МР)-изображения. Ввиду наличия эффекта релаксации и необходимости заполнить все строки массива k-пространства сканирование занимает значительное время. Методы дробного преобразования Фурье, выпуклой оптимизации, параллельной реконструкции, машинного обучения и искусственного интеллекта допускают заполнять не все строки k-пространства. Наиболее применяемыми является методы параллельной реконструкции. Использование данных методов требует осуществления многоканального приема MP-сигналов от различных пространственных областей исследуемого объекта, для чего, в основном, применяются фазированные массивы на основе антенн петлевого типа, каждый элемент которых обладает собственным профилем чувствительности, обусловленным диаграммой направленности каждого элемента фазированного массива в ближней зоне. Ввиду работы в ближней зоне термин антенна иногда заменяется термином катушка.

Для улучшения отношения сигнал/шум и сокращения времени сбора данных предлагаются различные типы приемных систем, в том числе на основе метаповерхностей. Электромагнитными метаповерхностями принято называть двумерные периодические структуры с размерами элементарных ячеек и толщиной много меньше рабочей длины волны устройства, построенного на основе такой структуры. Повышенные в сравнении со стандартными петлевыми катушками значения отношения сигнал/шум в таких структурах достигаются за счет формирования в них набора собственных мод, то есть устойчивых резонансных электромагнитных колебаний с фиксированным распределением переменного электромагнитного поля.

Известно изобретение (Патент РФ 2601373, МПК А61В 5/055, H01Q 15/00 дата приоритета 03.07.2015, дата публикации 10.11.2016) в котором метаповерхность из проводов используется как резонатор в режиме передачи и приема. В данной работе используется только одна (первая) мода и отсутствует какое-либо переключение мод. Таким образом, несмотря на увеличение отношения сигнал/шум время сканирования остается длительным.

Известен способ построения высокопроизводительного приемного тракта с быстрым переключением РЧ приемных каналов MP-сигналов (Bollenbeck J. et al. "A high performance multi-channel RF receiver for magnetic resonance imaging systems" //Proc Intl Soc Mag Reson Med. - 2005. - T. 860). В отличие от классических способов построения приемного тракта в МРТ, где каждый независимый приемный канал оцифровывается своим аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), в данной работе одним АЦП осуществляется оцифровка четырех приемных каналов с их временным мультиплексированием. Также в работе показано, что данный способ не снижает величину отношения сигнал/шум приемных каналов и пригоден для многоканального приема МР-сигналов с фазированных массивов на основе петлевых катушек. Однако фазированные массивы в классических катушках МРТ не позволяют реализовать переключение профиля чувствительности вглубь объекта. Это накладывает ограничение на выбор направления кодирования фазы (сагиттальное, корональное или аксиальное), из-за чего сокращение времени сканирования путем применения параллельных методов реконструкции возможно не во всех направлениях, а именно, ускорение в направлении вглубь объекта исследования становится невозможным.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения и выбранным в качестве прототипа, является система с переключаемой метаповерхностью (Saha S. et al. А smart switching system to enable automatic tuning and detuning of metamaterial resonators in MRI scans //Scientific reports. - 2020. - T. 10. - №. 1. - C. 1-9.). В данной работе реализован способ функционирования МРТ на основе метаповерхности, включающий воздействие на объект исследования базового статического постоянного магнитного поля высокой индукции, запуск диагностической импульсной последовательности режима передачи радиочастотных и градиентных магнитных полей с отстройкой метаповерхности сдвигом ее собственных частот от рабочей частоты магнитно-резонансного томографа и чередующегося с режимом передачи режимом приема ответного магнитно-резонансного сигнала от исследуемого объекта с воздействием этого сигнала на метаповерхность, его фокусированием на катушку типа «птичья клетка», усилением, оцифровкой, детектированием, заполнением матрицы к-пространства и последующей его реконструкцией для получения МР-изображения. Главный недостаток прототипа заключается в длительном времени сканирования из-за отсутствия возможности формирования многоканального к-пространства. Кроме того, ввиду использования только одной моды метаповерхности отсутствует возможность улучшения отношения сигнал/шум посредствам использования мод более высокого порядка.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сокращение времени сканирования и улучшение качества изображений исследуемого объекта.

Поставленная задача решается при реализации вариантов предлагаемого изобретения за счет достижения технического результата, заключающегося в оптимизации сочетания получаемого повышенного значения отношения сигнал/шум с динамической обработкой сигнала.

Данный технический результат достигается тем, что способ функционирования МРТ на основе метаповерхности, включающий воздействие на объект исследования базового статического постоянного магнитного поля высокой индукции, запуск диагностической импульсной последовательности режима передачи радиочастотных и градиентных магнитных полей с отстройкой метаповерхности сдвигом ее собственных частот от рабочей частоты МРТ и чередующегося с режимом передачи режимом приема ответного MP-сигнала от исследуемого объекта с воздействием этого сигнала на метаповерхность, его фокусированием на катушку типа «птичья клетка», усилением, оцифровкой, детектированием, заполнением матрицы k-пространства и последующей его реконструкцией для получения MP-изображения, отличается тем, что перед установкой метаповерхности в МРТ производят определение ее комплексного импеданса подачей ступенчатого возрастающего напряжения по возможности малой величины и определяют оптимальные значения напряжений для точной настройки метаповерхности на каждую ее моду. В соответствии со значениями полученных напряжений формируют ступенчатый сигнал управления метаповерхностью с количеством ступенек соответствующим количеству ее мод с длительностью каждой ступеньки не более 1 мкс и напряжением каждой ступеньки, обеспечивающим настройку на каждую моду. Сформированным таким образом сигналом управления настраивают метаповерхность для оцифровки сигнала, соответствующего переходному процессу при переключении мод метаповерхности, получая корректирующую таблицу данных для предварительной компенсации переходных процессов, которую записывают в хранилище данных. После установки метаповерхности в МРТ с целью обеспечения однородности радиочастотного поля возбуждения внутри объекта исследования отстройку метаповерхности производят перед началом каждого режима передачи импульсной последовательности, при этом для дополнительного обеспечения увеличения блокирующего импеданса метаповерхности производят подачу на цепи управления ее параметров синхронизирующего сигнала, с учетом того, что при воздействии на метаповерхность радиочастотного поля высокой напряженности происходит автоматическое увеличение ее блокирующего импеданса. Для получения изображения объекта исследования выполняют запуск импульсной последовательности оценки профиля чувствительности каждой моды с последующим запуском одной или нескольких диагностических импульсных последовательностей. Причем в режиме приема циклически и непрерывно производят переключение мод метаповерхности с использованием данных корректирующей таблицы и с выполнением синхронизации работы метаповерхности и цифрового приемника. Оцифровку сигнала, сфокусированного на катушку типа «птичья клетка», проводят с частотой дискретизации не менее чем в два раза превышающей рабочую частоту МРТ и получают одномерный массив выборок, содержащий мультиплексированные по времени MP-сигналы с разных мод метаповерхности, далее выполняя демультиплексирование полученного одномерного массива выборок и восстанавливая недостающие выборки формируют многоканальный массив выборок MP-сигналов с количеством каналов равном количеству мод метаповерхности. Выполняя перенос спектра вниз и децимацию выборок с последующей цифровой фильтрацией получают цифровые отсчеты огибающих MP-сигналов, которыми заполняют k-пространство с обеспечением его многоканальности. После чего для вычисления результирующего МР-изображения производят параллельную реконструкцию полученного k-пространства.

Технический результат достигается также тем, что способ функционирования МРТ на основе метаповерхности, включающий воздействие на объект исследования базового статического постоянного магнитного поля высокой индукции, запуск диагностической импульсной последовательности режима передачи радиочастотных и градиентных магнитных полей с отстройкой метаповерхности сдвигом ее собственных частот от рабочей частоты МРТ и чередующегося с режимом передачи режимом приема ответного MP-сигнала от исследуемого объекта с воздействием этого сигнала на метаповерхность, его усилением, оцифровкой, детектированием, заполнением матрицы k-пространства и последующей его реконструкцией для получения MP-изображения, отличается тем, что перед установкой метаповерхности в МРТ производят определение ее комплексного импеданса подачей ступенчатого возрастающего напряжения по возможности малой величины и определяют оптимальные значения напряжений для точной настройки метаповерхности на каждую ее моду. В соответствии со значениями полученных напряжений формируют ступенчатый сигнал управления метаповерхностью с количеством ступенек соответствующим количеству ее мод с длительностью каждой ступеньки не более 1 мкс и напряжением каждой ступеньки, обеспечивающим настройку на каждую моду, сформированным таким образом сигналом управления настраивают метаповерхность для оцифровки сигнала, соответствующего переходному процессу при переключении мод метаповерхности, получая корректирующую таблицу данных для предварительной компенсации переходных процессов, которую записывают в хранилище данных. После установки метаповерхности в МРТ с целью обеспечения однородности радиочастотного поля возбуждения внутри объекта исследования отстройку метаповерхности производят перед началом каждого режима передачи импульсной последовательности, при этом для дополнительного обеспечения увеличения блокирующего импеданса метаповерхности производят подачу на цепи управления ее параметров синхронизирующего сигнала, с учетом того, что при воздействии на метаповерхность радиочастотного поля высокой напряженности происходит автоматическое увеличение ее блокирующего импеданса. Для получения изображения объекта исследования выполняют запуск импульсной последовательности оценки профиля чувствительности каждой моды с последующим запуском одной или нескольких диагностических импульсных последовательностей. Причем в режиме приема циклически и непрерывно производят переключение мод метаповерхности с использованием данных корректирующей таблицы и с выполнением синхронизации работы метаповерхности и цифрового приемника. Оцифровку сигнала, сфокусированного на катушку типа «птичья клетка», проводят с частотой дискретизации не менее чем в два раза превышающей рабочую частоту МРТ и получают одномерный массив выборок, содержащий мультиплексированные по времени MP-сигналы с разных мод метаповерхности. Далее выполняя демультиплексирование полученного одномерного массива выборок и восстанавливая недостающие выборки формируют многоканальный массив выборок MP-сигналов с количеством каналов равном количеству мод метаповерхности. Выполняя перенос спектра вниз и децимацию выборок с последующей цифровой фильтрацией получают цифровые отсчеты огибающих магнитно-резонансных сигналов, которыми заполняют k-пространство с обеспечением его многоканальности. После чего для вычисления результирующего MP-изображения производят параллельную реконструкцию полученного k-пространства.

Циклическое и непрерывное переключение мод метаповерхности производят изменением ее емкости и изменением ее структуры.

Применение метаповерхности обеспечивает перераспределение электрических и магнитных полей, фокусируя магнитное поле вблизи нее и тем самым уменьшает уровень принимаемых от объекта исследования шумов. Управление метаповерхностью позволяет изменять профиль чувствительности в глубь объекта сканирования. Калибровка метаповерхности перед ее установкой в МРТ обеспечивает согласование ее параметров с системой МРТ для достижения оптимального отношения сигнал/шум. Отстройка метаповерхности совместно с увеличением ее блокирующего импеданса на рабочей частоте МРТ обеспечивает равномерное возбуждение объекта исследования катушкой типа «птичья клетка», и как следствие, высокое качество MP-изображения без необходимости изменения модели радиочастотной безопасности при МР-сканировании. Применение технологии предварительной компенсации переходных процессов с использованием заранее сформированных корректирующих таблиц обеспечивает компенсацию переходных процессов, что дает возможность увеличения быстродействия при переключении мод метаповерхности. Такое переключение вместе с цифровым восстановлением недостающих выборок мультиплексированных MP-сигналов с применением цифровой фильтрации, переносом спектра вниз, децимацией и повторной последующей цифровой фильтрацией обеспечивает многоканальность принимаемых МР-сигналов.

Дополнительно первый вариант предлагаемого изобретения ввиду его беспроводной реализации сокращает время укладки пациента, т.к. не требует подключения радиочастотных кабелей, а проводное соединение во втором варианте обеспечивает полную совместимость с классическими МРТ и улучшение отношения сигнал/шум путем исключения шумов при приеме в катушке типа «птичья клетка».

Циклическое и непрерывное переключение мод метаповерхности, производимое изменением ее емкости и изменением ее структуры частичным отключением ее исходных основных элементов, позволяет дополнительно увеличить многоканальность и снизить искажения при параллельной реконструкции.

Благодаря получению значений профилей чувствительности и полной идентичности многоканальному приему итоговых MP-сигналов обеспечивается возможность применения классических методов параллельной реконструкции, достигая тем самым сокращения общего времени сканирования, которое состоит из времени укладки пациента и непосредственно сканирования со сбором данных.

Предлагаемый способ в первом беспроводном варианте может быть реализован, устройством, структурная схема которого показана на фиг. 1. Предлагаемый способ во втором проводном варианте реализуется устройством, структурная схема которого показана на фиг. 2.

Метаповерхность состоит из параллельных проводящих линий 1 равной длины, лежащих в одной плоскости. Толщина проводящих линий и соотношение емкостей метаповерхности определяются индукцией поля МРТ. Одинаковые половинки проводящих линий 1 соединены предохранителями 2 для обеспечения защиты от' протекания повышенного радиочастотного тока, который является аварийным и может угрожать безопасности пациента повышением удельного коэффициента поглощения. Резонансные свойства метаповерхности определяются геометрией проводников и емкостями на их концах.

Обеспечение рабочего режима метаповерхности с возможностью отстройки и настройки на нужную частоту реализуется следующим образом. Концы полосок 1 соединены с выводами конденсаторов 3, вторые выводы которых соединены между собой и с анодными концами варикапов 6. Катоды варикапов 6 соединены с выводами конденсаторов 3, образуя параллельное соединение варикапов с ними. При этом цепи варикапов 6 и соединенные с ними емкости 3 образуют схему настройки метаповерхности, резонансные параметры которой зависят от величины приложенного напряжения, подаваемого через резисторы 7 и катушки индуктивности 8. Концы индуктивностей 8 соединены между собой и подключены к положительному выводу высокоскоростного драйвера 9. Отрицательный вывод высокоскоростного драйвера 9 соединен с местом соединения конденсаторов 3 и анодов варикапов 6. Вход высокоскоростного драйвера 9 соединен с выходом высокоскоростного ЦАП 10, который управляется модулем динамической синхронизации 12. При этом количество разрядов высокоскоростного ЦАП 10 определяет минимальный шаг частоты при перестройке метаповерхности. Кроме того, высокоскоростной ЦАП 10 должен обеспечивать должную скорость перестройки.

Настройка и переключение мод метаповерхности осуществляется сигналом управления, который формируется в модуле динамической синхронизации 12 и поступает на вход высокоскоростного ЦАП 10, а далее на высокоскоростной драйвер 9. Идеальный сигнал управления метаповерхности представляет собой прямоугольный сигнал (единичную функцию), однако ввиду неидеальности устройства высокоскоростного ЦАП 10, линии передачи и характеристик самого устройства мультиплексирования (варикапов с цепями их обвязки), форма сигнала управления будет отличаться от прямоугольной характерными выбросами. Поэтому перед- эксплуатацией и установкой в томограф для обоих вариантов производят калибровку метаповерхности, оценку переходных процессов и создание корректирующей таблицы данных для их компенсации. Для этого производят определение комплексного импеданса метаповерхности с помощью векторного анализатора цепей (данный измерительный прибор не входит в состав МРТ) путем подачи ступенчатого возрастающего напряжения по возможности малой величины с выхода высокоскоростного ЦАП 10. Причем число значений кода высокоскоростного ЦАП 10 должно соответствовать числу используемых мод метаповерхности.

Для минимизации переходных процессов и их оценки формируют ступенчатый управляющий сигнал с минимальной длительностью каждой ступеньки, но не более 1 мкс.Количество ступенек в управляющем сигнале соответствует количеству мод метаповерхности, а амплитуда каждой ступеньки равна соответствующему значению ранее полученного кода высокоскоростного ЦАП 10. Данный ступенчатый управляющий сигнал подают с выхода высокоскоростного ЦАП 10 на метаповерхность и выполняют оцифровку сигнала, соответствующего переходному процессу при переключении ее мод. Сигналы, соответствующие переходному процессу, могут регистрироваться непосредственно как напряжение на цепях настройки метаповерхности цифровым осциллографом или платой сбора данных. Кроме того, для увеличения быстродействия измерений, может быть реализован мост (как способ измерения комплексного импеданса), который позволяет оцифровывать значение импеданса с высокой скоростью перестройки. На основе данных оцифровки переходных процессов вычисляют корректирующую таблицу данных, записывая ее в хранилище. В качестве хранилища данных может использоваться FLASH память, реализованная в модуле памяти 11. Таким образом, при дальнейшей работе МРТ синтез сигнала управления метаповерхностью производится с учетом корректирующей таблицы данных из хранилища данных с предварительной компенсацией переходных процессов.

После установки метаповерхности в МРТ и перед каждым режимом передачи в любой импульсной последовательности производится подачей соответствующего напряжения на варикапы 6 метаповерхности, что приводит к изменению присоединенной к метаповерхности емкости и тем самым - к отстройке метаповерхности для исключения совпадения любой из ее мод с рабочей частотой МРТ. Таким образом, исключается фокусировка поля возбуждения катушки типа «птичья клетка» 16 метаповерхностью. Кроме того при отстройке метаповерхности производится увеличение ее блокирующего импеданса внешним радиочастотным полем возбуждения МРТ. Для этого к одному из концов проводников 1 подсоединены выводы конденсаторов 3, вторые выводы которых соединены между собой и соединены с выводами встречно включенных диодов 4, образующие вместе с последовательно присоединенными к ним катушками индуктивности 5 параллельное соединение с конденсаторами 3. При воздействии на метаповерхность мощного радиочастотного поля происходит открытие встречно включенных диодов 4 с образованием колебательных контуров, которые вызывают существенное снижение радиочастотных токов. Т.е. при воздействии радиочастотного поля увеличивается блокирующий импеданс метаповерхности с обеспечением однородности поля внутри объекта исследования. Дополнительное увеличение блокирующего импеданса метаповерхности в режиме передачи осуществляется подачей синхронизирующего сигнала через индуктивности 24 для открытия PIN-диодов 22. Развязка постоянного и переменного напряжения осуществляется конденсаторами 23. Таким образом, элементы 3, 4, 22, 23, 24 являются цепями управления параметрами метаповерхности.

В обоих вариантах метаповерхность с вспомогательными элементами и модулями образует приемную катушку, помещенную в радиопрозрачный корпус 14. В беспроводном варианте все модули, входящие в МРТ катушку 14 питаются от источника питания 13. В проводном варианте питание осуществляется с использованием проводных линий.

Далее производят запуск импульсной последовательности оценки профиля чувствительности каждой моды с получением их карт чувствительности. После чего производится запуск одной или нескольких импульсных последовательностей с параметрами, необходимыми для МР-исследования.

В беспроводном варианте предлагаемого способа в обоих режимах передачи и приема приемо-передающая катушка типа "птичья клетка" 16 находится в настроенном состоянии и не отстраивается, т.е. рабочая частота МРТ совпадает с частотой основной моды приемо-передающая катушки типа "птичья клетка" 16. Метаповерхность в режиме передачи находится в отстроенном состоянии, а в режиме приема в настроенных состояниях с динамическим переключением мод. Таким образом, в режиме приема сигнал, сфокусированный на приемопередающей катушке типа "птичья клетка" 16 усиливается и проходит процедуру оцифровки в цифровом приемном тракте. Для целостности получаемых данных производится беспроводная синхронизация, например по радиоканалу, между модулем динамической синхронизации 12 и приемопередающим модулем 15. Тем самым обеспечивается передача данных в цифровой приемник 19.

В проводном варианте предлагаемого способа в режиме передачи приемопередающая катушка типа "птичья клетка" 16 находится в настроенном состоянии. В режиме приема она отстроена для обеспечения возможности приема сигнала непосредственно на метаповерхность. При этом метаповерхность в режиме передачи находится в отстроенном состоянии, а в режиме приема в настроенных состояниях с динамическим переключением мод. Таким образом, MP-сигнал сфокусированный на метаповерхность усиливается в малошумящем усилителе 21 и далее через проводное соединение поступает в цифровой приемник 19, где производится процедура оцифровки. Для целостности получаемых данных производится синхронизация с использованием проводной связи между модулем динамической синхронизации 12 и цифровым приемником 19.

Изменение структуры метаповерхности производится отключением некоторых из ее проводящих линий 1 с использованием PIN-диодов 22. Сигналы управления VD_-1-VD_N, объединенные в высокоскоростную цифровую шину 17, подаются на PIN-диоды 22 из модуля динамической синхронизации 12. В фазе приема, когда PIN-диоды 22 закрыты - все полоски метаповерхности 1 соединены через емкости 3 между собой, образуя исходную метаповерхность. Открытие любого диода исключает соответствующую проводящую линию. При этом меняются параметры метаповерхности с образованием отличающихся от исходной метаповерхности числом мод и их профилями чувствительности.

Во всех вариантах предлагаемого способа частота дискретизации АЦП в цифровом приемном тракте 19 должна не менее чем в два раза превышать рабочую частоту МРТ. Полоса частот MP-сигнала обычно находится в диапазоне от 10 КГц до 100 КГц и зависит от используемой импульсной последовательности. Рабочая частота МРТ с величиной индукции 1,5 Т составляет порядка 63 МГц. Т.е. MP-сигналы представляют собой модулированный сигнал на рабочей частоте 63 МГц, а частота изменения их огибающей не более сотен килогерц. Так как полоса частот МР-сигналов существенно ниже ее несущей частоты, то используя данное свойство медленно меняющейся огибающей MP-сигналов, можно применить мультиплексирование во времени. Для этого в режиме приема последовательно, циклически и непрерывно производится переключение всех рабочих мод метаповерхности. При этом переключение носит достаточно быстрый характер (не более 1 мкс на каждую ступеньку переключения, в идеале 100 не). Восстановление многоканальных MP-сигналов от каждой из мод производится благодаря демультиплексированию и восстановлению пропущенных выборок с применением цифровой фильтрации. Далее выполняется перенос спектра вниз и децимация данных с последующей цифровой фильтрацией. Совокупность данных операций обеспечивает динамическую обработку МР-сигналов.

Базовый блок МРТ 18 обеспечивает все необходимые процессы для осуществления сканирования, включая передвижение стола с пациентом, создание равномерного базового магнитного поля, создание градиентных магнитных полей и т.д.

Полученными данными MP-сигналов в дискретном виде производят заполнение матрицы многоканального k-пространства в высокоскоростной системе реконструкции 20, где количество каналов равно соответствующему числу переключаемых рабочих мод. Таким образом, обеспечивается формирование многоканального k-пространства, что дает возможность применения алгоритмов параллельной реконструкции, таких как Grappa, Sense, PILS, Space-PJP и т.д. Для обеспечения высокой производительности скорости реконструкции высокоскоростной системе реконструкции 20, она может быть выполнена на основе графических профессоров.

В качестве примера для реализации предлагаемых способов использовался высокоскоростной ЦАП AD9744ARUZ фирмы Analog Device, имеющий 14 разрядов с возможностью тактирования на частоте 210 МГц. Встречные диоды 4 имеют параметры аналогичные сборке Microsemi UMX9989AP. Конденсаторы 3 имеют высокую добротность и высокое рабочее напряжение (не менее 1 KB), например HQCEMA330JAT6A. Варикапы 6 должны иметь высокую добротность и большой диапазон емкости перестройки (например, от 3 до 55 пф, как у варикапа SMV1801). В качестве АЦП может быть использован ADC16DV160.

Таким образом, управление параметрами метаповерхности, ее предварительная калибровка, компенсация переходных процессов в режиме приема и отстройка в режиме передачи позволяет увеличить отношение сигнал/шум, что в сочетании с последующей динамической обработкой МР-сигналов обеспечивает возможность сокращения времени сканирования и улучшение качества изображений исследуемого объекта.

Использование: для магнитно-резонансной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют воздействие на объект исследования базового статического постоянного магнитного поля высокой индукции, запуск диагностической импульсной последовательности режима передачи радиочастотных и градиентных магнитных полей с отстройкой метаповерхности сдвигом ее собственных частот от рабочей частоты магнитно-резонансного томографа и чередующегося с режимом передачи режимом приема ответного магнитно-резонансного сигнала от исследуемого объекта с воздействием этого сигнала на метаповерхность, его фокусированием на катушку типа «птичья клетка», усилением, оцифровкой, детектированием, заполнением матрицы k-пространства и последующей его реконструкцией для получения магнитно-резонансного изображения, при этом перед установкой метаповерхности в магнитно-резонансный томограф производят определение ее комплексного импеданса подачей ступенчатого возрастающего напряжения по возможности малой величины и определяют оптимальные значения напряжений для точной настройки метаповерхности на каждую ее моду. Технический результат: увеличение отношения сигнал/шум, а также обеспечение возможности сокращения времени сканирования и улучшения качества изображений исследуемого объекта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ функционирования магнитно-резонансного томографа на основе метаповерхности, включающий воздействие на объект исследования базового статического постоянного магнитного поля высокой индукции, запуск диагностической импульсной последовательности режима передачи радиочастотных и градиентных магнитных полей с отстройкой метаповерхности сдвигом ее собственных частот от рабочей частоты магнитно-резонансного томографа и чередующегося с режимом передачи режимом приема ответного магнитно-резонансного сигнала от исследуемого объекта с воздействием этого сигнала на метаповерхность, его фокусированием на катушку типа «птичья клетка», усилением, оцифровкой, детектированием, заполнением матрицы k-пространства и последующей его реконструкцией для получения магнитно-резонансного изображения, отличающийся тем, что перед установкой метаповерхности в магнитно-резонансный томограф производят определение ее комплексного импеданса подачей ступенчатого возрастающего напряжения по возможности малой величины и определяют оптимальные значения напряжений для точной настройки метаповерхности на каждую ее моду, в соответствии со значениями полученных напряжений формируют ступенчатый сигнал управления метаповерхностью с количеством ступенек, соответствующим количеству ее мод, с длительностью каждой ступеньки не более 1 мкс и напряжением каждой ступеньки, обеспечивающим настройку на каждую моду, сформированным таким образом сигналом управления настраивают метаповерхность для оцифровки сигнала, соответствующего переходному процессу при переключении мод метаповерхности, получая корректирующую таблицу данных для предварительной компенсации переходных процессов, которую записывают в хранилище данных, после установки метаповерхности в магнитно-резонансный томограф с целью обеспечения однородности радиочастотного поля возбуждения внутри объекта исследования отстройку метаповерхности производят перед началом каждого режима передачи импульсной последовательности, при этом для дополнительного обеспечения увеличения блокирующего импеданса метаповерхности производят подачу на цепи управления ее параметров синхронизирующего сигнала, с учетом того, что при воздействии на метаповерхность радиочастотного поля высокой напряженности происходит автоматическое увеличение ее блокирующего импеданса, для получения изображения объекта исследования выполняют запуск импульсной последовательности оценки профиля чувствительности каждой моды с последующим запуском одной или нескольких диагностических импульсных последовательностей, причем в режиме приема циклически и непрерывно производят переключение мод метаповерхности с использованием данных корректирующей таблицы и с выполнением синхронизации работы метаповерхности и цифрового приемника, оцифровку сигнала, сфокусированного на катушку типа «птичья клетка», проводят с частотой дискретизации, не менее чем в два раза превышающей рабочую частоту магнитно-резонансного томографа и получают одномерный массив выборок, содержащий мультиплексированные по времени магнитно-резонансные сигналы с разных мод метаповерхности, далее выполняя демультиплексирование полученного одномерного массива выборок и восстанавливая недостающие выборки формируют многоканальный массив выборок магнитно-резонансных сигналов с количеством каналов, равным количеству мод метаповерхности, выполняя перенос спектра вниз и децимацию выборок с последующей цифровой фильтрацией получают цифровые отсчеты огибающих магнитно-резонансных сигналов, которыми заполняют k-пространство с обеспечением его многоканальности, после чего для вычисления результирующего магнитно-резонансного изображения производят параллельную реконструкцию полученного k-пространства.

2. Способ функционирования магнитно-резонансного томографа на основе метаповерхности, включающий воздействие на объект исследования базового статического постоянного магнитного поля высокой индукции, запуск диагностической импульсной последовательности режима передачи радиочастотных и градиентных магнитных полей с отстройкой метаповерхности сдвигом ее собственных частот от рабочей частоты магнитно-резонансного томографа и чередующегося с режимом передачи режимом приема ответного магнитно-резонансного сигнала от исследуемого объекта с воздействием этого сигнала на метаповерхность, его усилением, оцифровкой, детектированием, заполнением матрицы k-пространства и последующей его реконструкцией для получения магнитно-резонансного изображения, отличающийся тем, что перед установкой метаповерхности в магнитно-резонансный томограф производят определение ее комплексного импеданса подачей ступенчатого возрастающего напряжения по возможности малой величины и определяют оптимальные значения напряжений для точной настройки метаповерхности на каждую ее моду, в соответствии со значениями полученных напряжений формируют ступенчатый сигнал управления метаповерхностью с количеством ступенек, соответствующим количеству ее мод, с длительностью каждой ступеньки не более 1 мкс и напряжением каждой ступеньки, обеспечивающим настройку на каждую моду, сформированным таким образом сигналом управления настраивают метаповерхность для оцифровки сигнала, соответствующего переходному процессу при переключении мод метаповерхности, получая корректирующую таблицу данных для предварительной компенсации переходных процессов, которую записывают в хранилище данных, после установки метаповерхности в магнитно-резонансный томограф с целью обеспечения однородности радиочастотного поля возбуждения внутри объекта исследования отстройку метаповерхности производят перед началом каждого режима передачи импульсной последовательности, при этом для дополнительного обеспечения увеличения блокирующего импеданса метаповерхности производят подачу на цепи управления ее параметров синхронизирующего сигнала, с учетом того, что при воздействии на метаповерхность радиочастотного поля высокой напряженности происходит автоматическое увеличение ее блокирующего импеданса, для получения изображения объекта исследования выполняют запуск импульсной последовательности оценки профиля чувствительности каждой моды с последующим запуском одной или нескольких диагностических импульсных последовательностей, причем в режиме приема циклически и непрерывно производят переключение мод метаповерхности с использованием данных корректирующей таблицы и с выполнением синхронизации работы метаповерхности и цифрового приемника, оцифровку сигнала, сфокусированного на катушку типа «птичья клетка», проводят с частотой дискретизации, не менее чем в два раза превышающей рабочую частоту магнитно-резонансного томографа и получают одномерный массив выборок, содержащий мультиплексированные по времени магнитно-резонансные сигналы с разных мод метаповерхности, далее выполняя демультиплексирование полученного одномерного массива выборок и восстанавливая недостающие выборки формируют многоканальный массив выборок магнитно-резонансных сигналов с количеством каналов, равным количеству мод метаповерхности, выполняя перенос спектра вниз и децимацию выборок с последующей цифровой фильтрацией получают цифровые отсчеты огибающих магнитно-резонансных сигналов, которыми заполняют k-пространство с обеспечением его многоканальности, после чего для вычисления результирующего магнитно-резонансного изображения производят параллельную реконструкцию полученного k-пространства.

3. Способ функционирования магнитно-резонансного томографа на основе метаповерхности по пп. 1, 2, отличающийся тем, что циклическое и непрерывное переключение мод метаповерхности производят изменением ее емкости и изменением ее структуры.