Способ ЯМР-томографии Советский патент 1991 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к реконструктивной вычислительной томографии на ос- нове явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и может быть использовано для количественных интроскопических исследований различных сред, результаты которых используются в целях медицинской диагностики и неразрушающего контроля.

Целью изобретения является повышение точности исследований.

Сущность изобретения состоит в том, чтобы сформулировать ЯМР-сигнал, удобный для усиления, детектирования, оцифровки и обработки аппаратурой ЯМР-томографа и за счет этого повысить точность исследования на ЯМР-томографе. Дпя реализации такого подхода используется умножение эхо-сигнала на Фурье-образ ядра дифференцирования результата реконструкции. В результате преобразованный эхо-сигнал характеризует уже не сам результат реконструкции, а его производную. С этим сигналом, имеющим малый динамический диапазон, и производятся все операции усиления, детектирования и обработки. В результате после реконструкции получают искомый результат (при реконструкции по проекциям), либо некую численную производную результата, на основе которой, путем численного интегрирования, получают сам искомый результат (при реконструкции дискретным Фурье-преобразованием).

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2-5 - примеры восстановления формы прямоугольника на основе его второй производной путем двойного численного интегрирования

Устройство содержит блок 1 электромагнитных катушек, включающий катушку основного магнита, радиочастотную катушку и катушки издания градиентов магнитного поля по осям и предназначенный для помещения во внутреннее пространство исследуемого объекта, блок 2 управления катушкой основного магнита, предназначенный для поддержания напряженности поля заданной величины, блок 3 управления градиентами магнитного поля вдоль осей х у и z, пассивный коммутатор 4, представляющий собой сборку диодов, сопротивление которой зависит от подводимого к ней напряжения, и предназначенный для входных цепей приемника 5 от мощных импульсов передатчика, аналого-цифровой преобразователь 6, соединенный с выходом приемника 5, буферную полупроводниковую память 7, предназначенную для запоминания оцифрованных эхо-сигналов и включенную между аналого-цифровым преобразователем 6, блоком ЭВМ 8, полупроводниковым дисплеем 9 и блоком 10 формирования интервалов возбуждения эхо-сигналов.

Причем выход блока 10 формирования интервалов возбуждения эхо-сигналов соединен с программируемым генератором 11 импульсов, один выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя 6, а другой - с входом 12 управления передатчиком, -выход которого соединен с входом передатчика 13. По выходным интерфейсам ЭВМ 8 соединена с блоком 10 формирования интервалов возбуждения эхо-сигналов, полутоновым дисплеем 9, предназначенным для визуализации полученных изображений, и блоком 14 формирования градиентов магнитного поля, выходы х, у, z которого соединены с многоканальным цифровым преобразователем 15, аналоговые выходы которого соединены с блоком 16 предварительного усиления, выходы х, у, z которого соединены с блоком 3 управления градиентами магнитного поля, выход блока 17 формирования опорного электрического сигнала соединен с перемножителем 18, подключенным также к выходу коммутатора 4 и входу приемника 5.

Выбирают метод получения изображения, например реконструкцию объема на основе трехмерного дискретного преобразования Фурье. Помещают объект лсследо- вания в блок магнитных катушек и фиксируют его там.

Выбирают область исследования. Пересылают из ЭВМ 8 в блок 14 формирования градиентов магнитного поля координаты исследуемой области. В блоке 14 формирования градиентов магнитного поля вырабатывают значения градиентов по осям х, у, z, соответствующие ориентации выбранной области. Значения градиентов, соответствующие первой строке Фурье-образа, поступают в цифроаналоговый преобразователь 15, где переходят в аналоговую форму, усиливаются блоком 16 предварительного усиления и поступают в блок 3 управления

0 градиентами магнитного поля, с выхода которого поступают на катушки градиентов магнитного поля блока 1 электромагнитных катушек.

Одновременно в блок 18 поступают зна5 чения градиентов магнитного поля, воздействующие на объект. На основе этих значений в блоке 18 формируется электрический сигнал преобразования A(t).

Одновременно в блок 10 формирования

0 возбуждения радиочастотных импульсов подается команда из ЭВМ 8 на формирование последовательности радиоимпульсов. С выхода блока 10 формирования интервалов сформированная последовательность за5 гружается в программируемый генератор 11 импульсов, с-выхода которого по команде от ЭВМ 8 поступает на блок 12 управления передатчиком, где вырабатываются радиоимпульсы требуемой частоты, фазы и огиба0 ющей (например, гауссовой формы) и поступают в блок передатчика 13, где усиливаются и через пассивный коммутатор 4 поступают на радиочастотную катушку блока 1 электромагнитных катушек. После оказания

5 возбуждающего воздействия на объект, программируемый генератор 11 импульсов начинает вырабатывать тактовые импульсы, поступающие на тактовый вход аналого- цифрового преобразователя 6. По приходу

0 этих импульсов в аналого-цифровом преобразователе 6 происходит оцифровка сигналов воспринятых радиочастотной катушкой, как отклик объекта на электромагнитное возмущение и прошедших через блок 18

5 перемножения и приемник 5. При этом одновременно на объект оказывается воздействие считывающих градиентов магнитного поля формируемых цифроаналоговым преобразователем 15 на основе значения хра0 нящихся в блоке 14 формирования градиентов магнитного поля. Усиленное предварительным усилителем 16 градиентные управляющие напряжения одновременно поступают на входы х, у, z блока 17

5 формирования опорного электрического сигнала A(t).

С выходов х, у, z блока 17 компоненты опорного сигнала Ах, Ау, Az поступают на входы х, у, z блока 18 перемножения, где перемножаются с сигналом ЯМР S(t). Преобразованный сигнал S(t) усиливается приемником 5 и оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 6 по приходу тактовых импульсов из генератора 11, как отмечалось ранее. Оцифрованный сигнал запоминается в блоке 7 полупроводниковой буферной памяти.

Далее указанная последовательность действий повторяется в условиях наложения считывающих градиентов магнитного поля, приводящих к набпюдению полной области данных.

Измеренная область данных ЯМР-сиг- нала S(t) обрабатывается алгоритмом реконструкции (дискретное преобразование Фурье), а затем подвергается цифровому интегрированию. Обработка алгоритма реконструкции и цифрового интегрирования производится в ЭВМ 8. Результат реконструкции визуализируется на полутоновом дисплее 9. При этом визуализироваться может модуль комплексной величины Pk,m,n, или действительная часть (после проведения известной в ЯМР-томографии и спектроскопии операции фазовой коррекции).

Формула изобретения

1.Способ ЯМР-томографии, заключающийся в воздействии на объект постоянным магнитным полем, наложении кодирующих градиентов магнитного поля, возбуждении сигнала радиоимпульсом, наложении считывающих градиентов магнитного поля, детектировании возникающих эхо-сигналов квадратурным детектором, оцифровке и на- коплении оцифрованных сигналов с многократным повторением указанных действий

в условиях получения полного набора данных с последующей обработкой их алгоритмом реконструкции и визуализацией, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности исследований, эхо-сигнал преобразуют, воздействуя на него опорным электрическим сигналом так, что преобразованный эхо-сигнал зависит от воздейству- ющих на объект считывающих градиентов, причем

S(t) S(t)A(t), где S(t) - исходный эхо-сигнал;

S(t) - преобразованный эхо-сигнал; A(t) - опорный электрический сигнал, а визуализацию осуществляют по результатам реконструкции преобразованного эхо- сигнала.

2,Способ по п. 1,, отличающийся тем, что при исследовании сечения объекта опорный электрический сигнал имеет вид

AW-uy/Gx dt )2

4y/Gy(t )dt f}1/2,

а при исследовании объема

AW ffy/GxfrV)2 о

+ yЈGy(t )dt f +

Ky/GHtV 2}1 2,

о

где Gx, Gy, Gz - составляющие градиенто соответствующим координатным осям;

у - гиромагнитное отношение ядер оекта.

3. Способ по п. 1„ отличающий тем. что опорный электрический сигнал имеет вид

A(t) Ax(t) Ay(t) Az(t), где

t , -,

Ax(t) 1 - cos у / Gx (t) dt ; о

i. .

Ay(t) 1 - cos y / Gy (t) dt ;

Az(t) 1-cos y /Gz(t )dt ,

где Ax(t), Ayft), Az(t) - составляющие электрического сигнала по соответствующим осям, при этом визуализацию осуществляют по результатам численного интегрирования по формуле

ккр,

Mr m n k I

pk.m.n-2 2 2 2 2 Д) fo,.

r 12 1k

Kl fU ,

где РЦ,- результат реконструкции по данным преобразованного сигнала ЯМР;

Pk,m,n - искомый результат реконструкции;

Ј , v, г - индексы дискретизированно- го результата реконструкции преобразованного сигнала ЯМР;

k, m, n - индексы дискретизации искомого результата реконструкции;

JA - линейный размер матрицы Pk.m.n.

4. Способ по п. 1,отличающийся тем, что опорный электрический сигнал имеет вид

Ax(t) {1 - cos у / Gx(t) dt + о

-И sin y J Gx (t ) о

Ay(t) {1-cos y/Gy(t )dt +

0

H sin y f Gy(t ) dt l};

Az(t)-{1-cos&//Gz(tW -Hslnjy f Gz(t ),

при этом визуализацию осуществляют по результатам численного интегрирования по формуле

n m k

pfc-.-tj0Eir2i prj3ltt.

Изобретение относится к области реконструктивной вычислительной томографии на основе явления магнитного резонанса и может быть использовано для количественных интроскопических исследований различных сред, результаты которых используются в целях медицинской диагностики и неразрушающего контроля. Цель изобретения - повышение точности исследования. Поставленная цель достигается тем, что в процессе исследования сигнал ЯМР преобразуют путем перемножения с опорным электрическим сигналом, величина и вид которого зависят от величины воздействующего на объект градиентов магнитного поля. Затем преобразованный сигнал подвергают реконструкции и после цифрового интегрирования получают изображение объекта. 5 ил. С

2

/I

11

S

tft 7i ,

7ГЙП f

Фа8.1

-L-LJ.

о ipi/ii

J

Чиътмное интегрирование

.3

Численное интегрирование

апювмв

v-

C5

t vv

9

5L16

15

n

-3B

6)

pfo)

О V

фигМ I

Р№

JJLX

J-UJL

(Риг. 5