Способ ЯМР-томографии Советский патент 1988 года по МПК G01N24/08 

СО О) 00

со

11

Изобретение относится к cnocodaj i реконструктивной вычислительной то мографии на основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и предназначено для количественных интро™ скопических исследований различных сред, результаты которых используют ся в целях медицинской диагностики и неразрушающего контроля.

Цель изобретения повышение точности исследования.

На фиг. 1 представлена структурна схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - сигналы в основных точках устройства для первого сканирования; на фиг. 3 - сигналы в основных точках устройства при реализации способа для целевой функции исследования, соответствующей минимуму сред неквадратичной ошибки; на фиг. 4 - вид возможных целевых функций исследования; на фиг. 5 аппроксимация функции оптимального распределения общего времени наблюдения частей эхо сигнала,

Устройство содержит блок 1 электромагнитных катушек, включающий катушку основного магнитаэ радиочастот кую катушку и катушки создания гради ентсв магнитного поля по осям Х, Y и Z и предназначенный для помещения во внутреннее 11 ространство исследуемого объекта, блок 2 угЕравления катушкой основ.ного магнита, предназначенный для поддержания напряженности поля за,цанной величины, блок 3 у-правления градиентами магнитного поля вдоль . осей X, Y и Z, пассивный коммутатор

4, представляющий собой сборку диодов, сопротивление которой зависит от подводимого к ней напряжения, и предназначенный для защиты входных цепей приемника 5 от мощных импуль- сов передатчика, коммутатор включен радиочастотной катушкой, приеьз- нкком 5 и передатчиком, аналого-циф ровой преобразователь 6 соединенньш с выходом приемника 5,, буферную по лупроводниковую память 7, предназна-™ ченнуто для запоминания оцифрованных экосигналов и включенную между анало го цифровым преобразователем 6, блоком ЭВМ 8, полутоновым дисплеем 9, и блоком 5 О формирования интервалов возбуждения эхосигналов.

Причем выход блока 10 формирова ния интервалов возбуждения эхосигна лов соединен с программируемым генератором 11 импульсов, один выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя 6, а другой - с входом блока 12 управления передатчиком, выход которого соединен с входом передатчика 13. По выходным интерфейсам ЭВМ 8 соединена с блоком 0 формирования интервалов возбуж,а,ения эхосигналов, полутоновым дисплеем 9s предназначенным для визуализации полученных изображений, и блоком 14 формирования градиентов магнитного поля, выходы X, Y и Z которого соединены с многоканальным цифроаналоговым преобразователем 15, аналоговые выходы которого соединены с блоком 16 предварительного усиления, выходы X, Y и Z которого сое

динены с блоком 3 управления гради ентами магнитного поля.

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают метод получения изобра- жения, например однослойную реконструкцию по линейным интегралам. Помещают объект исследования в блок магнитных катушек и фиксируют его там.

Выбирают плоскость исследуемого сечения Пересылают из ЭВМ 8 в блок 14 формирования градиентов магнитного поля координаты наклона плоскости исследуемого сечения. Е блоке 14 формирования градиентов вырабатьшают значения.градиентов по осям Х, Y и Z, соответствующи.е ориентации выбранной плоскости и различным направления проецирования. Значения градиентов, соответствующие первому углу проеци- рования, поступают в цифроаналоговый преобразователь 15, где переходят в аналоговую , усиливаются блоком 16 предварительного усиления и посту- пают в блок 3 управления градиентами магнитного поля, с выхода которого поступают на катушки градиентов магнитного поля блока 1 злектромагнк .гных катушек.

Одновременно в блок 10 формирования интервалов возбуж,цения радиочас- тотшзтх кмпульсов подается команда из ЭВМ ка формирование последовательно- ст й радиоимпульсов с равноотстоящими имлульсами возбуждения эхоскгналов, С выхода блока О формирования кнтер- Балов сформированная последовательность загружается в программируемый генератор 1 импульсов с выхода ко-

торого по команде от ЭВМ 8 поступает в блок 12 управления передатчиком, где выраба ываются радиоимпульсы требуемой частоты и огибающей, которые поступают в блок передатчика 13, где усиливаются, и через пассивный коммутатор 4 поступают на радиочастотную катушку блока 1 электромагнитных катушек.

Одновременно с этим программируемый генератор 11 импульсов начинает вырабатывать тактовые импульсы, поступающие на тактовый вход аналого- цифрового преобразователя 6. По приходу этих импульсов в аналого-цифровом преобразователе 6 происходит оцифровка сигналов, воспринятых радиочастотной катушкой как отклик объекта на электромагнитное возмущение и усиленных приемником 5, Оцифрованные сигналы запоминаются в блоке полупроводниковой буферной памяти 7.

На этом заканчиваются действия, связанные с неадаптивным характером воздействия на объект. Вид вырабатываемых при этом сигналов в точках 17-20 устройства показан на фиг. 2 с соблюдением временной привязки (позиции 17.1-20.1).

Начинается адаптация к полученным результатам измерения, для чего на основе записанных в буфере 7 значений ЭВМ производит оценку плотности мощности принятого набора эхосигна- лов.

Используемый при этом алгоритм зависит от вычислительных возможностей ЭВМ. Например, эхосигналы можно просто сложить и, таким образом, получить оценку плотности мощности эхо- сигнала P(t). Полученная оценка плотности мощности эхосигнала P(t) передается в блок 10 формирования интервалов возбуждения,.где на основе полученных данных и предварительно введенной из ЭВМ 8 до начала сканирования целевой функции исследования F(t), а также априорно установленной для данной аппаратуры дисперсии ошиб

ки 6 формируются интервалы возбужде

ния эхосигналов отношением

в соответствии с со-

, k.T(y); у (1 - |)-т,,

максимальное значение

функции оптимального распределения времени наблюдения эхосигнала T(t),

а функция Т(у) является обратной - функциональной зависимостью для функции

T(t)

P(t) F(t) P(t)

где

P(t) - F(t) k, o(,

k

оценка плотности мощности измеряемого сигнала; целевая функция исследования, определяемая характером исследования; дисперсия белого щума ошибок измерения; число возбуждений эхосиг- налов за отведенное время наблюдения эхосигналов; номер возбуждения; коэффициенты пропорциональности,

tft

25

0

5

где

tn общее время наблюдения эхо- сигналов, причем оценка плотности мощности P(t) измеряемого эхосигнала производится на основе измерения предыдущих возбужденных эхосигналов.

При этом общее время наблюдения эхосигналов t определяется временем спин-решеточной релаксации исследуемого объекта и задается априорно так же, как и число N возбуждений эхосигналов за время t. Чем больше

0

N, тем точнее аппроксимация функции T(t).

Сформированные интервалы возбуждения эхосигналов загружаются в программируемый генератор 11 импульсов, с выхода которого импульсы по команде от ЭВМ 8 поступают на блок 12 управления передатчиком, где вырабаты- g ваются радиоимпульсы требуемой частоты и огибающей, которые поступают в блок передатчика 13, где усиливаются, и через пассивный кО1 4утатор 4 поступают на радиочастотную катушку блока 1 электромагнитных катушек.

Одновременно с этим программируемой генератор 11 импульсов начинает вырабатывать тактовые импульсы, поступающие на тактовьй вход аналого- цифрового преобразователя 6. По приходу этих импульсов в аналого-цифровом преобразователе 6 происходит оцифровка сигналов, воспринятых радиочастотной катушкой как отклик объ-

5

екта на электромагнитное возм1, щеиие и усиленных приемником 5, Оцифрованные сигналы запоминаются в блоке полупроводниковой буферной памяти 7„ На этом заканчивается сбор информа 1Ц1И в адаптивном режиме для одной проекции.

Начинается сбор информации о дру гих проекциях. Из ЭВМ 8 в блок 4 формирования градиентов магнитного поля поступает команда на установление градиентов магнитного поля, соответствующих следующему углу проеци рования, и процедура адаптивного воз буждения эхосигналов повторяется. При этом используются записанные в буфер полупроводниковьш памяти 7 данные об эхосигналах предыдущей проекции. Одновременно из буфера 7 данные поступают в ЭВМ, где используются алгоритмом реконструкции для получения изображения исследуемого сечения. Вид вырабатьгоаегфгх в адаптивном режиме сигналов в тех же точках () устройства показан на фиг. 3 с соблюдением временной привязки (позиции 17.2-20.-2).

Такие действия производят до тех пор, пока не переберут все значения градиентов и не получат полный набор данных. При этом для каж,цого направ Ленин проецирования вырабатывается своя последовательность интервалов возбуждения эхосигкалов.

Таким образом, последовательность радиочастотных импульсов возбуждения эхосигналов изменяется в зависимости от самого объекта и той цели, котору

ставит перед собой исследователь, Переход от одного объекта исследования к другому приводит к смене последовательности раАИочастот1шх импуль- сов, как и при переходе к другой це ли исследования (возможные целевые функции .3, фиг. 4) ,

Дпя метода проекции адаггтация происходит в зависимости от направления проецирования с использованием дан - ных о предыдущих полученных проекци™ ях..

Для метода фурье-преобразования адаптация происходит в зависимости от измеряемой строки фурье-образа с использованием данных о предыдущих полученных строках.

Общий смысл адаптации заключается в том чтобы чаще наблюдать те ком поненты эхосигнала, энергия которых

10

if, 2087496

больше, при учете цели исследования и ограничении на время измерения.

Поскольку число возбуждений эхо- сигналов К конечно, то происходит аппроксимация функции оптимального распределения общего времени наблюде НИН эхосигнала ступенчатой функции (фиг. 5). Чем больше N, тем точнее аппроксимация функции T(t).

Формула изобретения

Способ ЯМР -томографии, включающий размещение исследуемого объекта в постоянном магнитном поле, положение градиентов магнитного поля, воздействие на объект радиочастотными импульсами, возбуждение эхосигналов, оцифровку и накопление эхосигналов, многократное повторение указанных действий при значениях градиентов магнитного поля, соответствующих получению полного набора данных, реконст- рукцию изображения с последующей его визуализацией, отличающийся тем, что, с целью повышения точности исследования за счет адаптивного режима воздействия на исследуемый объект, измеряют распределение мощности эхосигналов во времени при предыдущем возбуждении эхо- сигналов и воздействуют на образец радиочастотными импульсами через переменные временные интервалы , величину которых определяют из соотношений

k- Т(у); у (1 - 4) Т

N

мокс

5

где Т,

максимальное значение функции T(t) оптимального распределения общего времени наблюдения эхо- сигнала,

а функция Т(у) является обратной фуш ;циональной зависимостью для функции

P(t) . P(t)

0

T(t) ) f. 6

гт/ь

)

цел.еБая функция исследования, определяемая характером, исследования;

- дисперсия белого шума бок измерения;

- число возбуждений эхосиг налов за отведенное время наб.шодения эхосигналов;

71368749

номер возбуждения;где t,,

коэффициенты пропорциоН,-;ЛЬНОСТИ, tr,

N .

P(t

8

общее время сбора эхосигналов;

величина распределения мощности эхосигнала во времени.

Изобретение относится к способам вычислительной томографии на основе явления ядерного магнитного резонанса и предназначено для интроско- пических исследований в целях медицинской диагностики и неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение точности исследований. Сущность изобретения состоит в том, что возбуждение эхосигналов зависит от самих эхосигналов и цели проводимого исследования.. Б результате происходит адаптивное накопление зхосигна- лов, учитывающее оценку распределения плотности мощности эхосигналов и распределение информационной ценности эхосигнала, задаваемой исследователем в виде целевой функции исследования . 5 ил. (Л

/3

т

-

Ж.

1

/7/

ILz

Jl

1

9СГ ВО

1

1

1

Ш 780 J80

ГвО

/11 1 I A i

zo.r

J|f-«vM/ - 4/ --«vA-V4 V W

фиг. 2

/5

2Q

лк, v

i

1

1

780 J80

ГвО

срие.З

Uggg. fA 5 I I I

(fJU9,

Г/чацс

(.5

vy;