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

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

Цель изобретения - повышение точности измерений путем уменьшения - влияния неоднородности постоянного магнитного поля.

На чертеже представлена временная диаграмма последовательности радиочастотных импульсов и градиентов магнитного поля.

Способ вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса осуществляют следующим образом.

При воздействии на исследуемый объект, помещенный в постоянное магнитное поле, 90° селективным радиочастотным импульсом при наличии Z градиента магнитного поля в нем возбуждаются только спины ядер, находящиеся в плоскости, перпендикулярной оси Z. Ширина выделенного слоя определяется спектром 90 селективного импульса и величиной градиента магнитного поля. Дпя получения пространственного разрешения по координате X вводится X градиент магнитного поля G)((t). Введя величину неоднородности магнитного поля, получаем

Н(Х.у) « HO - йН(х, у) -ь G,(t)x,

где Hjj - однородное магнитное поле; ДН(х, у) - отклонение напряженности

магнитного поля от Н в

точке (к, у).

После воздействия 90° радиочастотным импульсом от каждой точки исследемого объекта имеем сигнал, зависящи от характерных времен, спин-решетчатой Т,| и спин-спиновой Т релаксации исследуемого объекта. Выражение для сигнала ЯМР от всего объекта с учето составляющих магнитного поля получается с помощью интегрирования по координатам X и Y, Суть изобретения состоит в том, что предлагается регистрировать зависимость амплитуды . сигнала ЯМР S от t и фазы fGx(t)t. В этом случае (x)t можно конпеКсировать с помощью специальной последовательности радиочастотных импульсов в сочетании с определенной функцией Gx(t). В частности, это реализуется следующим образом. После

0

5

0

5

0

5

0

5

90° селективного импульса в течение интервала времени С одновременно включаются градиенты магнитного поля GH и Gy. За это время происходит изменение фазы как за счет градиентов магнитного поля, так и за счет неоднородности магнитного поляДН(х). После интервала С градиенты магнитного поля G и GU выключаются и на исследуемый объект воздействуют 180° радиочастотным импульсом, который изменяет ориентировку магнитных моментов относительно йН(х) и происходит восстановление сигнала ЯМР, которое прийято называть эффектом спинового эха.

Проинтегрировав зтот сигнал по времени в интервале € , получаем среднее значение сигнала ЯМР. Вследствие изменения G U, от одного цикла сканирования к другому и вследствие дополнительной подфазировки в интервале времени с, в течение которого снова включается градиент магнитного поля G, и после следующего 180° радиочастотного импульса после интегрирования сигнала можно получить полный набор данных для визуализации. Амплитуда градиентов магнитного поля в данном случае выбирается следующим образом.

В силу того, что ЛН(х, у) уже не влияет на процесс сканирования, величины градиентов выбираются только из ограничения, связанного с тем, что вследствие спин-спиновой релаксации происходит естественное уширение линии спектра сигналов ЯМР. Можно еще учитывать уширение вследствие химического сдвига или Т, но в большинстве практических случаев это не требуется, а в случае необходимости его можно учесть аналогичным обра- зомс Известно, что уширение линии вследствие Т равно на половине амплитуды Z/Tj, следовательно, .величину градиентов необходимо выбирать так, чтобы выполнялось условие

50

(,

,(t)dt .

55

Это следует из того, что для разделения N точек в спектре при есте- ственном уширении линии 2/Т , должно выполняться условие

I-

г

У

G,(t)L.

Вследствие того, что в данном случае сигнал регистрируется без градиента магнитного поля, важно измене- ни§ фазы за время , следовательно, .

. -

1

В сипу того, что подфазировка проводится п раз, следовательно, для каждого шага подфазировки должно выполняться условие f2С

JG,(t)dt

n,L

с

Is

Изменения фазы за счет У-градиейт магнитного поля не суммируются, поэтому необходимо изменить амплитуду градиента (и в зависимости от номера сканирования m

/..ч ,.. „ Zt m i(t)dt ----,

6

где m изменяется в пределах от 1 до N.

Пример. Исследуемый объект со временем спин-спиновой релаксации Т 2 5-10 си характерным размером 0,5 м помещают в постоянное магнитное поле с напряженностью 0,14 Т и относительной неоднородностью . Число точек матрицы ЯМР-томограммы N 128. Длительность интервалов &. с. Длительность IBO

-5

, 4

радиочастотного импульса 5-10 с. Величина Х-градиента магнитного поля 1,8-10, Т/м; У градиента - т-8х

и10- Т/м; m 1-128; G

к

3

const.

Применение предлагаемого метода позволяет в 1000 и более раз уменьшит влияние неоднородности постоянного магнитного поля, что ведет к упрощени технологии изготовления магнитных систем и, следовательно, к снижению стоимости томографа.

Формула изобретения

Способ вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса, заключающийся в том, что исследуемый объем с характерным размером

и

временем спин-решеточной релаксации Tj помещают в постоянное магнитное поле, воздействуют на него селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-гардиента магнитного поля, затем воздействуют X и Y-градиентами магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных значениях

Y-градиента магнитного поля, регистрируют сигнал ЯМР, при этом первоначально Х-градиент магнитного поля включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал време5 ни С после начала воздействия селективным радиочастотным импульсом, где С Tj/2N, а N - число точек матрицы ЯМР-томограммы, затем на исследуемый объект воздействуют последовательно-

0 стью 180 - радиочастотных импульсов (180° - С, - г) где п изменяют от 1 до N, а С, С с , и регистрируют сигналы ЯМР, по величине которых с помощью Фурье-преоб5 разователя вычисляют 51МР-томограмму, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений за счет уменьшения влияния неоднородности постоянного магнитного поля,

0 действия последовательности

пульсов на исследуемый объект дополнительно воздействуют Х-градиентом магнитного поля в течение интервала , при этом величину Gu(t)Y-rpaAHс ента магнитного поля выбирают из сово время 180° имотнршения

f

JG.(t)dt

оЛ.

1S

У т т

где m - цикл сканирования, изменяющийся от 1 до N; У - гиромагнитное отношение, а величину Gj((t)X - градиента магнитного поля - из соотношения

л

lG,(t)dt -|f-,

a ЯМР-ТОМОграмму вычисляют по массиву данньк, получаемых из усредненных значений сигналов ЯМР, измеренных в течение интервала С, при указанных изменяющихся- значениях пит.

«4

Изобретение относится к вычислительной томографии на основе ЯМР и может быть использовано для визуализации пространственной структуры исследуемых объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения влияния неоднородности постоянного магнитного поля. Исследуемый объект с характерным размером L и временем спин-решеточной релаксации T₂ помещают в постоянное магнитное поле, воздействуют на него селективным радиочастотным импульсом при наличии Z-градиента магнитного поля и, повторяя циклы сканирования при разных значениях Y-градиента магнитного поля, регистрируют сигнал ЯМР, а по полученным данным вычисляют ЯМР-томограмму, причем X-градиент магнитного поля включают одновременно с Y-градиентом магнитного поля через интервал времени τ=T₂/2N, где N - число частиц матрицы ЯМР-томограммы, выключают X и Y градиенты магнитного поля и воздействуют на исследуемый объект последовательностью 180° радиочастотных импульсов (180°-τ₁-τ₂)N, где N=1-N,τ₁=τ₂=τ, регистрируют сигнал ЯМР в течение интервала τ₁, суммируют полученные данные и присваивают каждой сумме порядковый номер N, причем для вычисления ЯМР-томограммы формируют новый массив данных, состоящий из этих сумм, расположенных в порядке возрастания номера N, и во время интервала τ₂ воздействуют X-градиентом магнитного поля, величина которого не изменяется из соотношения *981₀G_X(T)DT=2τ/γТ₂L, величина Y-градиента магнитного поля в зависимости от номера цикла сканирования M определяется из соотношения *981₀G_U(T)DT=2τ_M/γТ₂L. 1 ил.

ЬН

о §

IS

w

N

л

«41

.

«О

S