Способ измерения распределения постоянного магнитного поля в ЯМР-томографе Советский патент 1992 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к технической физике, a именно к измерительной технике на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР), и может быть использовано при построении картины пространственного распределения постоянного магнитного поля в объеме преобразователя ЯМР-томографа.

В ЯМР-томографии высокие требования предъявляются к, однородности постоянного магнитного поля, в связи с чем при настройке магнита и коррекции изображения необходимо ог1еративно получать картину пространственного распределения поля.

Одним из известных способов построе-. нИя. распределения магнитного поля является измерение точечным датчиком, например ЯМР, величины поля в зависимости от координат. Однако он требует больших затрат времени на проведение измерений и в резулътате практически неприемлем для целей ЯМР-томографии, где используются значительные объемы магнитного пОля.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения распределения постоянного магнитного поля в томографе ЯМР, который заключается в том, что в слое образца, помещенного в ЯМР-томограф, возбуждают ядерные спины, прикладывая одновременно импульс ВЧ магнитно то поля и импулъс градиента магнитного поля. Затем последовательно прикладывают первый импульс градиентного магнитного поля первого направления и 180-й импульс ВЧ магнитного .поля. Второй и третий импульсы градиентного магнитного поля прикладывают вдоль другого направления, перпендикулярного первому так, что в течение третьего импульса формируется сигнал спинового эха, который дискретизируют и регистрируют в запоминающем устройстве.

Возбуждение и регистрацию повторяют при разных значениях амплитуды первого градиентного импульса. После математической обработки данных получают картину распределения постоянного магнитного поля.

Недостатками известного способа является тр, что для оценки величины поля используется фазовый метод, который не обеспечивает необходимую точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Для этого в способе, основанном на воздействии на образец последовательностью импульсов высокочастотного и трех градиентных магнитных полей, формирующих сигнал спинового эха с последующей его дискретизацией, в момент максимума спинового эха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в се раз, после чего путем математической обработки данных получают распределение магнитного поля.

На фиг. t показана блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 последовательность ВЧ импульсов, действующих на образец в зависимости от зремени t, гдеТм- временной интервал между ВЧ импульсами; на фиг. 3-5 - последовательность градиентов g магнитного поля вдоль осей Z, У, X соответственно, Тл/м - градиент магнитного поля; на фиг. б - сигнал спинового эха, получаемый от образца в результате действия ВЧ и градиентных импульсов, S - амплитуда спинового эха; на фиг. 7 - импульсы дискретизации аналогоцифрового преобразователя, U - напряжение импульса.

Способ осуществляется следующим образом.

На образец, помещенный в постоянное магнитное поле ЯМР-томографа, воздействуют импульсом ВЧ магнитного поля и градиентом магнитного поля, например, вдоль оси 2 (фиг. 3). В результате в слое образца возбуждается магнитный резонанс путем поворота вектора спиновой намагниченности в слое на 90. Затем на слой возбужденных спинов, действуют импульсом градаента магнитного поля вдоль оси Y (фиг. 4} в течение времени Ту и импульсом градиента вдоль оси X (фиг. 5) в течение времени tx. После этого воздействуют ВЧ магнитным импульсом, поворачивающим ядерные магнитные спины на 180°, и затем изменяют амплитуду градиента вдоль оси X (фиг. 4).

Дискретные значения амплитуды сигнала эха регистрируют в запоминающем устройстве. При этом в момент времени,

соответствующий максимуму эха, изменяет амплитуду градиента вдоль оси X и частоту дискретизации в а раз

Ex4X,Y) , f

gx -удхог

где Ех частотная производная неоднородности магнитного поля по координате х;

f - полоса пропускания канала регистрации данных;

у- гиромагнитное отношение ядер образца;

а- линейные размеры исследуемой области образца.,

Нижняя граница для а определяется из выражения для сигналов магнитного резонанса после воздействия на образец импульсной последовательности с учетом свойств д-функции Дирака. Верхняя граница параметра (определяется из условия сохранения всей частотной информации при регистрации сигналов резонанса.

После построения изображений, соответствующих данным фиг. 1-6, проводят математическую обработку полученных изображений.

Устройство (фиг. 1) содержит управляющую электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 1, приемник 2 сигналов магнитного резонанса, квадратурный фазовый детектор 3, передатчик 4, источники питания градиентных катушек 5-7, дисплей 8, приемную катушку 9, передающие катушки 10, систему градиентных катушек 11, катушки электромагнита 12, источник 13 питания электромагнита, образец 14, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 15 и 16.

Устройство работает под управлением ЭВМ следующим образом.

Сигнал с частотой, равной резонансной частоте спинов образца 14, находящегося в поле электромагнита 12, питаемого источником 13 питания, с передатчика 4 поступает на передающие катушки 10, создающие высокочастотное магнитное поле, ортогональное полю электромагнита 12. Одновременно с источника 5 питания на систему градиентных катушек 11 подается импульс тока дгградиента. В результате в образце 14 возбуждается слой спинов в плоскости X, Y.

Затем с источника 6 питания в катушки ду-градиента подается им Пульс тока в течение времени Ту, а с источника 7 питания импульс тока дх-градиента в течение времени tx. В момент времени Ти таким же обраэом формируется импульс высокочастотного магнитного поля, инвертирующий фазу

возбужденных спиновых моментов. Затем с источника 7 питания подается импульс тока в катушки Ох-градиента, который в момент времени 2Ти изменяет свою амплитуду.

В приемной катушке 9 индуцируется сигнал спинового эха, который усиливается 8 приемнике 2, детектируется квадратурным фазовым детектором 3, преобразуется в цифровую форму АЦП 15 и 16, и две компоненты (действительная и мнимая) сигнала спинового эха регистрируются в памяти ЭВМ 1. При этом в момент времени 2Ти под управлением ЭВМ 1 изменяется частота дискретизации АЦП 15 и 16 в соответствии с изменением амплитуды тока в катушках дхградиента. Указанную последовательность высокочастотных и градиентных импульсов повторяют N раз при N различных значениях амплитуды тока а катушках дуградиента. После математической обработки полученных сигналов с помощью ЭВМ 1 получают два спиновых изображения (каждое из NxN элементов), из которых строят картину распределения поля, которая отображается на дисплеев.

Способ измерения распределения постоянного магнитного поля в ЯМР-томографе позволяет исключить из измерений фазу сигнала эха, весьма чувствительный к мешающим факторам параметр, и таким образон, повысить точность измерения магнитного поля.

Формула изобретения

Способ измерения распределения постоянного магнитного поля в ЯМР-томографе, заключающийся в том, что в образце, помещенном в ЯМР-томограф, возбуждают ядерные спины, прикладывая одновременно 90°-й импульс высокочастотного (ВЧ) и импульс градиентного вдоль оси Z магнитного gz полей, затем прикладывают первый импульс градиентного магнитного поля ду вдоль оси Y и 180°-й импульс ВЧ магнитного поля, второй и третий импульсы градиентного магнитного поля дх прикладывают вдоль оси X так, что в течение третьего импульса формируется сигнал спинового эха, который регистрируют путем дискретизации и запоминания в запоминающем устройстве, возбуждение и регистрацию повторяют при разных значениях ду и после математической обработки Получают распределение магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в момент максимума спинового эха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в а раз, причем значение параметра а выбирают из диапазона

ЕхЧХ.У) f gx -уаГа

где Ех (X,Y) - частная производная неоднородности магнитного поля по координате х;

f - полоса пропускания канала регистрации да)4ных;

у- гиромагнитное отношение ядер образца:а - линейные размеры исследуемой области образца.

Изобретение относится к технической физике, a именно к измерительной технике2/на основе ядерного магнитного резонанса. Цель изобретения - повышение точности измерения. Способ заключается в воздействии на слой возбужденных спинов образца импульсами первого и второго ортогональных градиентов магнитного поля в плоскости слоя инвертирующим импульсом высокочастотного магнитного поля и затем третьим градиентом постоянной амплитуды, формирующим сигнал спинового эха, который дискретизируют и регистрируют в запоминающем устройстве. Возбуждение и регистрацию повторяют Г1ри разяой амплитуде первого градиента. При этом в момент максимума спинового эха изменяют амплитуду третьего градиента и частоту дискретизации в а раз.7 ил.