Способ томографии на основе ядерного магнитного резонанса Советский патент 1990 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к способам реконструктивной вычислительной томографии на основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и предназначено для количественных интроскопичес- ких исследований различных сред, результаты которых используются в целях медицинской диагностики и неразруша- юцего контроля.

Цель изобретения - упрощение способа, а также визуализация отдельных

участков исследуемого объекта и упрощение математической обработки получаемых сигналов, а также повышение помехозащищенности .

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - распределение концентрации спинов Р от координаты X участка исследуемого объекта; на фиг. 3 нелинейный (параболический) закон изменения фазы Cf(X) движения спинов;

на фиг. Ч - вид сигнала S ядерного магнитного резонанса от времени L; на фиг. 5 - 7 зависимости концентраций спинов разных участков исследуемого объекта; на фиг. 8-10 - соответствующие им сигналы ЯМР; на фиг. 11 - соотношение пространственных и временных элементов исследуемого объекта; на фиг. 12 - эпюры радиочастотных 90 (N) и 18(J (В) импульсов, возбуждающих сигналы ЯМР и имеющих соответствующее фазовое распределение; на фиг. 13 15 эпюры линейных градиентов напряженности магнитного поля соответственно по осям Z-GZ, оси У-(Ц и на фиг. 16 - эпюры наблюдаемого сигнала S(t).flMP. Фиг. 12 - 16 - соответствуют случаю двумерной Фурье- спектроскопии.

Устройство содержит блок 1 электромагнитных катушек, включающий катушку основного магнита, радиочастотную катушку и катушки создания линейных |И нелинейных градиентов магнитного поля по осям,Х, Y и Z и предказна- ченный для помещения в его внутреннее пространство исследуемого объекта ,блок 2 управления катушкой основного магнита предназначенный для поддержания напрл- женности поля заданной величины,блок 3 управления линейными и нелинейными градиентами магнитного поля вдоль осей X, Y и Z, пассивный коммутатор приемника 5, аналого-цифровой преобразо- ватель 6, блок буферной полупроводниковой памяти /, электронно-вычислительный блок ЭВМ 8 с дисплеем 9, блок 10 формирования интервалов возбуждени эхо-сигналов, программируемый генера- тор импульсов 11, блок 12 управления передатчиком 13, блок 1 формирования градиентов магнитного поля, многоканальный цифроаналоговый преобразователь 1Ь блок 16 предварительный уси- литель.

Сущность изобретения состоит в том чтобы расфазировать сигналы ЯМР, поступающие от различных пространственных элементов исследуемого объекта. В этом случае энергия ЯМР сигнала более равномерно распределяется по интервалу наблюдения, а модуль наблюдаемого сигнала ЯМР становится похожим на распределение концентрации спинов разныл участков исследуемого объекта (фиг . 2 10). При этом сигналы, поступающие- от различных пространственных элементов исследуемого объекта, группируются в

Q 5

0

различных временных -элементах интервала наблюдения (фиг. 11).

Способ осуществляю следующим образом.

Выбирают метод получения изображения, например, однослойная реконструкция методом Фурье. Помещают объект исследования в блок электромагнитных катушек 1 и фиксируют его там.

Катушками нелинейных градиентов компенсируют неоднородность магнитного поля. Выбирают плоскость исследуемого сечения. Пересылают из блока ЭВМ 8 в блок формирования градиентов магнитного поля 1ч координаты наклона плоскости исследуемого сечения. В блоке 1ч формирования градиентов магнитного поля вырабатывают значения линейных градиентов по осям X, Y и Z соответствующие ориентации выбранной плоскости и различным направлениям проецирования. Значения градиентов, соответствующие первой строке Фурье- образа поступают в многоканальный цифроаналоговый преобразователь 15, где переходят в аналоговую форму, усиливаются предварительным усилителем 16 и поступают в блок 1 управления градиентами магнитного поля блока электромагнитных катушек 1.

Одновременно в блок формирования возбуждения радиочастотных импульсов ( 10 подается команда из блока ЭВМ 8 на Формирование последовательности радиоимпульсов. С выхода блока 10 формирования, сформированная последовательность загружается в программируемый генератор импульсов 11, с выхода которого по команде от блока ЭВМ 8 поступает на блок 12 управления, где вырабатываются радиоимпульсы требуемой частоты, фазы и огибающей, и поступают в передатчик 13, где усиливаются и.через пассивный коммутатор k поступают на радиочастотную катушку блока 1 электромагнитных катушек.

После окончания действия радиочастотных импульсов подают нелинейные градиенты заданной величины и длительности. Под действием нелинейных градиентов осуществляется заданная рас- фазировка ЯМР-сигналов, поступающих от различных точек.

После окончания действия расфази- рующих нелинейных градиентов включают линейные градиенты и программируемый генератор импульсов 11 начинает вырабатывать тактовые импульсы, посi памцие ил тактовый вход лналого-циф- 1;оног. преобразователя 6. По приходу этих и пульсов в аналого-цифровом преобразователе 6 происходит оцифроо- кп сигналов ЯМР,воспринятых радиочастотной катушкой как отклик объекта на электромагнитное возмущение и усиленных приемником 5. Оцифрованные сигналы запоминаются в блоке 7 буферной 10 полупроводниковой памяти.

Для повышения отношения сигнал - шум в результирующем изображении исследуемый объект подвергают воздействию 180 широкополосных РЧ-импульсов, 15 приводящих к появлению эхо-сигналов в заданные промежутки времени, которые усредняются в блоке 7 буферной полупроводниковой памяти.

скорость изменения фазы в TOMOIрафи- чеЈком объекте после окончания деист - вия дефазирующих градиентов, Q. - полоса частот, занимаемая томографируемым

объектом.

Величина аг зависит от силы тока в дефазирующих катушках градиентов 1л и от времени ta воздействия дефазирующих градиентов как а K- Ia-tq, где К - некий коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных особенностей дефазирующих катушек градиентов.

Следовательно , длительность наблюдаемого ЯМР-сигнала можно регулировать, изменяя либо силу тока в дефазирующих градиентах, либо время воздействия дефазирующих градиентов. При этом при Указанная последовательность дейст- о возрастании длительности ЯМР-сигналэ вий по формированию отклика объекта его амплитуда падает, а площадь оста

скорость изменения фазы в TOMOIрафи- чеЈком объекте после окончания деист - вия дефазирующих градиентов, Q. - полоса частот, занимаемая томографируемым

объектом.

Величина аг зависит от силы тока в дефазирующих катушках градиентов 1л и от времени ta воздействия дефазирующих градиентов как а K- Ia-tq, где К - некий коэффициент пропорцио

Изобретение относится к способам реконструктивной вычислительной томографии на основе явления ядерного магнитного резонанса. Цель изобретения - упрощение способа. Способ заключается в наложении на объект постоянного магнитного поля с линейными градиентами напряженности магнитного поля, возбуждении сигнала спада свободной индукции и эхо- сигналов от спинов различных участков исследуемого объекта, расфазировке спинов по пространству исследуемого объекта по полиномиальному фазовому распределению, регистрации эхо- сигналов, математической обработке с последующей визуализацией исследуемого объекта. С целью визуализации отдельных участков исследуемого объекта и упрощения математической обработки получаемых сигналов, в качестве полиномиального фазового распределения используют параболическое фазовое распределение. С целью помехозащищенности в качестве полиномиального фазового распределения используют псевдослучайное фазовое распределение с ограничением амплитуды наблюдаемых сигналов. 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

и вид вырабатываемых при этом сигналов в различных точках устройства показан на фиг. 12 - 16 с соблюдением временной при вяз ки.

Даже указанная последовательность действия повторяется в условиях, приводящих к наблюдению полной или заданной области данных, которая обрабатывается алгоритмом реконструкции и визуализируется, либо визуализируется просто модуль измеренной области данных.

Конкретный характер нелинейности дефазирующих градиентов определяется критерием оптимизации наблюдаемого ЯМР-сигнала (среднеквадратический минимум боковых лепестков, минимум первого бокового лепестка, минимальное среднеквадратическое отклонение модуля наблюдаемого ЯМР-сигнала от плотности распределения спинов и т.д.).

Общий характер нелинейности градиентов может быть задан в виде полиноется примерно постоянной.

Наиболее удобно устанавливать значение а„ таким, чтобы наблюдаемый

25 ЯМР-сигнал был равен по длительности пол ченному на его основе после Фурье-пре образования распределению плотности спинов. В этом случае масштаб по амплитуде и размер между Фурье-образом

30 данных и модулем наблюдаемого ЯМР-сиг нала равен единице.

Формула изобретения

35

40

Наиболее просто реализуется дефа- зирующий градиент для случая, когда аг U, а все остальные коэффициенты равны нулю (как показано на фиг. 2). В этом случае фазовое распределение изменяется по параболе, а его производная (частота) - по линейному закота, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, перед регистрацией сигнала осуществляют рас- фазировку спинов по пространству ис- 50 следуемого объекта по полиномиальному фазовому распределению.

НУ.

Наблюдаемый при атом ЯМР-сигнал по 55 объекта и упрощения математической своей форме близок к прямоугольному обработки получаемых сигналов, в ка- радиоимпульсу . линейной частотной мо- ячестве полиномиального фазового рас- дуляцис и (фиг. 3), а его длительность Ьределения используют параболическое

примерно равна Т аа

ется примерно постоянной.

Наиболее удобно устанавливать значение а„ таким, чтобы наблюдаемый

ЯМР-сигнал был равен по длительности полученному на его основе после Фурье-преобразования распределению плотности спинов. В этом случае масштаб по амплитуде и размер между Фурье-образом

данных и модулем наблюдаемого ЯМР-сигнала равен единице.

Формула изобретения

фазовое распределение.

. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расфазируют спины

воздействием дополнительных 180а широкополосных радиоимпульсов с полиномиальным фазовым распределением.

фиг1

сригЗ

ОI гпф

/PW

ргп ф

l(Hsl дгпф

1№П

i г neb

1гпф

Wd

д гпф

(л-V

$глф

()d

В

гво°

в

180

piu

&г

fry

Јх

W

Дагталнуте/гмо

фиг11

В 180°

W

Фиг. 12

W

Фиг. 73

1

-W W

фуг /4

/г /5

Фиг. 16