Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса Советский патент 1989 года по МПК G01N24/08 

Изобретете относится к области томографии на основе ядерного магнитного резонанса и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов.

Целью изобретения является сокращение времени измерений.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы подачи радиоиьшульсов; на фиг. 2-4 - диаграммы подачи градиентов магнитного поля по осям Z, X и Y

соответственно; на фиг. 5 - диаграммы появления сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Метод вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса осуществляется следующем образом.

При воздействии на исследуемый объект, помещенньд в постоянное маг- нитное ноле, 90 -ным селективным радиочастотным импульсом (фиг; 1) при наличии Z-градиента магнитного поля (фиг. 2) в нем возбуждают только спины ядер, находяпщхся в плоскости перпевдикуляр1 ой оси Z. Ширина выделенного слоя зависит от спектра 90°- ного селективного радиочастотного импульса и величины Z-градиента маг- штного поля. Направление выделения слоя выбрано чисто условно, аналогичным образом можно вьщелить слой в любом направле ши, включая X и Y- градиенты магнитного поля (фиг. 3 и 4) или любую 1шнейную комбинацию градиентов магнитног о поля .

Все дальнейиие рассуж/дения относятся к двухмерному слою, лежащему в плоскости XYо Для того,чтобы полу- чить данные, необходимые fjfln получе- HH5j ЯМР-томо1 раммы ввести кодировку резонансных условий по оси X - с помощью Х-градиента магнитного поля - G|((t) и по оси Y - с помощью Y-rpa- диента магнитного поля Gu(t). Например, пусть исследуемьй оОъект помещается в постоянное магнитное поле HQ, тогда резонансные условия запи- сьтаготся следуюиим образом:

где сОд - резонансная частота сигнала ЯМР;

У - гиромагнитное соотноше1ше. Налагают на исследуемьй объект дополнительно градиент магнитного поля например, Gj(t)., тогда

И Ид + G,(t) X,

1 де зс - координата точки исследуемого объекта.

Следовательно, резонансные условия определяются теперь так:

И + G;(t) X - QO + J G;(t).x.

Таким образом, резонансная частота зависит от координаты х, следова- , спектр сигнала ЯМР теперь .

содержит информацию, которая сняы на с координатой любой точки X исследуемого объекта. В реальных условиях постоянное магнитное поле Н идеально и имеет неоднородность, обозначают ее &Н. Тогда для того, чтобы разделить в спектре сигнал ЯМР К точек, необходимо чтобы выполнялось условие

L G,(t) &Н N,

где L - характерны размер исследуемого объекта; N --размер матрицы ЯМР-томограммы.

Отсюда вытекает условие, определяющее величину градиента:

Gv(t)i

L

G точки зрения получения максимального соотношения сигнал/шум необходимо, чтобы градиент магнитного поля Gj(t) бьи: как можно меньше, так как при увеличении градиента увеличивается ширина спектра сигнала ЯМР и, следовательно, уменьшается соотношение сигнал/шум.

Таким образом, оптимально величина градиента магнитного поля определяется из соотношения

G,(t)

L

Все рассуждения справедливы и для Gu(t). Однако предлагаемый способ кодировки резонансных условий справедлив только для одномерного случая. Этим способом нельзя осуществлять кодировку и по X и по Y, так как при одновременном вк°лючении двух градиентов, они cy п-Ipyютcя и получается опять одномерная кодировка, но только по суммарной оси.

В предлагаемом способе кодировка сигнала ЯМР, необходимая для получения указанной матрицы, производится с использованием спинового эха, которое генерируется последовательностью 180 -ных радиочастотных импульсов (фиг. 1):

(180 - е, - )п,

где f-, и - временные интервалы; п - номер цикла сканирования .

Величина временных интервалов 2, и определяется соотношением

/

J bin тельное Til С иыбирастся из тех yc.noBiii i, чтобы амплитуда сигнала ЯМР уменьшиласг не/ более чем в е раз за общее время регистрации, следовательно, из услови,

2 ГМ Т можно определить

-

. 2N

Длительность может быть выбрана и меньше, однако это влечет за собой увеличение амплитуды градиентов магнитного поля, что вызывает увеличени полосы приема сигнала ЯМР и, следовательно, увеличивается шум.

Пауза между ТЗО -ными радиочастотными импульсами, равная 2, специ ально разбита на два интерпала. Во время первого интервала t, происходит регистрация сигнала ЯМР, а во

о

время второго осуществляется процесс подфазировки. При этом необходимо особо отметить, что в способе используется эффект накапливания кодирующей фазы по Y-оси за счет cy миpoвa- ния выборного воздействия в интервале последовательности 180 -ных. радиочастотных импульсов. Это позволяет уменьшить Y-градиент магнитного поля более чем на два порядка. С другой стороны градиенты магнитного поля G , GK и GU в этом случае постоянно и, следовательно, для его реализации не надо иметь сложную систему управления, которая изменяет амплитуду, например, Си-градиента в соответствии с заданной функцией. Управление в предлагаемом способе осуществляется в ключевом режиме. Как уже показано, для того чтобы разрешить К точек, необходимо иметь гра„ ЛНННо

диент магнитного поля,равный -.

LJ

Следовательно, приращение кодирующей фазы при каждом цикле сканирования должно быть

ЛНС2Н„

В обЕ1ем виде можно записать uHtH

J

C.(t)dt

случае, если Gu(t)-const, то

. -,,-,,у

ДНИ

т

ь

5

0

5

0

5

0

О I K.:HMltM H о ПМИ. Ш Т у .1 I- л- и I-1 p-l.чиемтор NfnrnHTiioro ломя от ;)(1Й вносит О Ш1Г ку по коорлпиатс в ЯМР- томсч рамме. Принято считать, что точность опрелс ления коордн)аты в ЯМР- томограмме должна нлхо;и ться в пре- дел-тх 1%, что обусловле);о как аппа- paTyp}ibLMH факторами, так и точностью вычисле1шй. Уже достаточно полного устра ения артефактов, вызванных от- клоне сиями амплитуды градиентов от заданной величины, необходимо, чтобы это отклонение быао не более 0,1%.

I

П-р и м е р. Исследуемьп объект

со временем спин-спиновой реализации 1 и характерным размером L помещают в постоянное MarniiTiioe поле напряженностью 0,14 Т и относительной неоднородностью 5x10 . Длительность 90 -ного селектив1 ого радиочастотного пмпульса 10 Т/м. Размер матрицы ЯМР-томогра ;г1, 128. Д.тп1тепь- ность интервалов Г , 10 с. Дггительность 180°-ного радиочастотного импульса 3x10 с.

Использование метода позволит в 300 раз по сравне П1ю с известным методом сократить время сканирова П1я. В 128 раз у {еныпить величину Y-гради- ента магнитного поля, а, следовательно, потребуется в - 10000 раз меньшая мощность питания У-грлдиента магнитного поля. Кроме этого, .X, Y ,г-гради- енты магнитного поля имеют строго определенную амплитуду, которая не меняется по величине, это значительно упрощает систему управле 1ия гради- eHTaNm магнитного поля. Об;чее время сканирования составит 4x10 с.

Формула изобретения

Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР) , за- кпючаюш шся в том, что исследуемьй объект с характерным размером L и временем спин-решеточной релаксации Т помещают в постоянное магнитное

поле

с относительной неоднород

ностью ДН , воздействуют на него 90°-ным селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-градиента магнитного поля, затем воздействуют Y-градиентом магнитного поля, регистрируют сигнал в присутствии Х-градиента магнитного поля и, повторяя циклы воздействия при разных

146

значениях Y-градиента магнитного поля, по полученным данным вычисляют ЯМР-томограмму, отличающий- с я тем, что, с целью сокращения вре- мани измерений, Х-градиент магнитного поля включают одновременно в Y- градиентом магнитного поля через инттервал времени - ± 10%, где N

размер матрицы ЯМР-томограммы, выключают Y-градиент магнитного поля и дополггптельно воздействуют на объект последовательностью радио-- частотных импул зсов

(180° , .-)п,

6. 8

где п 1 - N - номер цигспа йоздействия;

, Oj 2 , регистрируют сигнал ЯМР в течение интервала време п1 , а во время интервала о воздействуют У-градиентом магнитного поля, причем величина Х-градиента магнитного поля постоянна и равна ЛН--К Нд ,

а величина Y-градиента магнитного поля определяется из условий

15

jG(t)dt

,

Изобретение относится к томографии на основе ядерного магнитного резонанса и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов. Цель изобретения - сокращение времени измерения. Исследуемый объект с характерным размером L и временем cniiH-решоточиой релаксации Т помещают в постоянное магнитное поле Н с относительной неоднородностью ЛН, воздействуют на него 90 -ным селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-градиента магш тного поля, затем воздействуют У-градт1еитом маг- iDiTHoro поля, регистрируют сигнал ЯМР в присутствии Х-градиеита магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных зиаче шях Y-rpa- диента магнитного поля, включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времеш С -10%, где N - размер матрицы ЯМР-то- мограммы, выключают У-градиент магнитного поля и воздействуют на объект последовательностью 180 -ных радиочастотных импульсов (180°- ,- .-))п,где п 1 - N - номер цикла, сканироваиия, Г, б , регистрируют сигнал ЯМР в течетши интервала , времеш-1 €, , а во время интервала о воздействуют У-градиентом мапштного поля, причем величина Х-градиента магнитного поля постоянна и равна G AHNHo/L, а величина У-градиента магнитного поля определяется из условий: j Gy(t)dt &HCHo/L. 5 ил. о О) ч

180

Г; tz

Кградиетп

rni; ---,- --- i-Ji-J |Щ||Д-iiU-LLui -LL-ijJUMHwi

180