Способ вычислительной томографии на основе ядерного магнитного резонанса

20 фо ) Н где ы, - резонансная частота сигналаЯМР;гиромагнитное соотношение. Наложим на исследуеяый объект дополнительно градиент магнитного поля, например, С , тогда Н=Н,+С Х,где Х - координата точки исследуемого объекта.Следовательно, резонансные условияопределяются так: ы=н +с(с) х= ы,++ с(е).х,35 т.е. резонансная частота зависит от координаты Х.Следовательно, спектр сигнала ЯМР содержит информацию, которая связана 40 с координатой любой точки Х исследуемого объекта, В реальных условиях постоянное магнитное пол Н, не идеально и имеет неоднородность, обозначим ее 6 Н, Тогда, для того, чтобы разделить 45 в спектре сигнал ЯМР Ы точек, необходимо, чтобы выполнялось условие Ь С,(с) вН.Н,где Ь - характерный размер исследуемого объекта,Отсюда вытекает условие, опреде- .ляющее величину градиентаДН НС, 7Ь55С точки зрения получения максимального соотношения сигнал/шум необходимо,чтобы градиент магнитного поля Сбыл как можно меньше, так как прн выделить слой в любом направлении, включая Х-градиенты магнитного поля или любую линейную комбинацию градиейтов магнитного поля.Таким образом, все дальнейшие рассуждения будут относиться к двухмерному слою, лежащему в плоскости ХУ. Для того, чтобы получить данные, необходимые для получения . ЯМР-томо граммы, необходимо ввести кодировку резонансных условий по оси Х с помощью Х-градиента магнитного полн С (1) и по оси У с помощью У-градиента магнитного поля С(1). Напри мер, если исследуемый объект помещается в постоянное магнитное поле Нд, то резонансные условия записываются следующим образом:увеличении градиента увеличивается ширина спектра сигнала ЯИР и, следовательно, уменьшается соотношение сигнал/шум.Таким образом, оптимальная величина градиента магнитного поля определяется иэ соотношенияДН МСИ)- ---Все предшествующие рассуждения относящиеся к С(й), справедливы и для С (е), Однако, описанный способ кодировки резонансных условий справедлив только для одномерного случая. Указанным способом не может осуществляться кодировка и по .Х, и по У, так как п 1 . дновременном включении двух градиентов они суммируются и получается опять одномерная кодировка, но только по суммарной оси.В данном способе кодировка сигнала ЯМР, необходимая для получения указанной матрицы, производится таким образом, чтобы переходные процессы, связанные с переключением градиентов С(1) и С(й), не влияли на сигнал ЯМР. Для этого кодирование по оси У и по оси Х разнесены по времени, причем так, что кодирование по У производится во время сигнала свободной индукции, а по оси Х - во время спинового эха.Сразу после окончания 90-градусного селективного радиочастотного импульса возникает сигнал свободной индукции. Для кодировки этого сигнала по оси У необходимо, чтобы через интервал временисигнал ЯМР имел фазу, пропорциональную величине гради- . ента, умноженной на время ,чтобы разрешить Н точек в объекте с характерным размером Ь в постоянном магнитном поле с неоднородностью дн, необходимо иметь градиент магнитногоЯНМполя равный --- . Следовательно воУ Ф время и-го цикла сканирования конечная фаза Ц сигнала ЯМР через время.ВАНН л 17 должна быть равна в, СЬ и другой стороны, цаналогично можно определить через С (1) дС такимообразомКодирование по оси Х производится во время спинового эха. Следовательно; необходимо, чтобы фаза сигнала ЯМР за времяперед 180-градусным ра 5 диочастотным импульсом дополнительно была увеличена на величину, пропорциональную в " --. Аналогично этоЬувеличение фазы может быть определедно из ) С (Т)дС, следовательноолВНМ сС О ----иЬФорму градиентов можно оптимизировать с точки зрения устранения переходных процессов, связанных с переключением градиентов магнитного поля. Это можно сделать, например, устранив быстрые изменения амплитуды градиентов магнитного поля за короткие временные интервалы,Для указанных фунций амплитуды градиентов магнитного поля необходимо определить граничные условия. В момент окончания 90-градучного селективного радиочастотного импульса амплитуды Си С,(1) должны быть равны О. Отклонение их от нулевого значения вносит ошибку в выбор направления слоя, т.е. отклонение от оси 2. Как правило, величина 2-градиента приблизительно равна максимальным значениям С (1) и С , т.е.Н Н 35С,И) = сопзсТаким образом, можно задать пределы отклонения С (О) и С у(0) от нулевого значения следующим образом:-з ЗНМЬВ конце временного интервала при 45величина Сдолжна быть также равна нулю, так как после 180-градусного радиочастотного импульса наличие Сведет кошибке по величине фазы сигнала ЯМР, т,е. к ошибке йокоординате в ЯМР-томограмме.Чтобы минимизировать ошибку по координате в ЯМР-томограмме, необходимо чтобы при-3 ЙН МС (") = 10 55Ь иТакая точность находится в пределах точности вычисления ЯМР-томограмьи, Величина амплитуды Х-градиента магнитного поля пришдолжна бытьравна его амплитуде после 180-градусного радиочастотного импульса. Какбыло показано вьппе, величина градиента магнитного поля во время регистрации сигнала ЯМР должна быть равнаАН.ИОтклонение амплитуды С(1)от этого значения также вносит ошибку по координате в ЯМР-томограмме.Так как точность установки амплитуды должна соответствовать точности вычисления ЯМР-томограммы , 17,то при 1 )ЛН БСк ЬОтсюда можно вывести граничные условия для СлН И( л)Для увеличения соотношения сигнал/шумна исследуемый объект воздействуютпоследовательностью 180-градусных радиочастотных импульсов (180-2)ш(где ш - число накоплений) для формирования п 1 спиновых эхо. Это позволитпроводить регистрацию сигнала ЯМР шраз, т.е. в ш увеличить соотношение сигнал/шум.Длительность временного интервала " выбирается иэ тех условий, чтобы амплитуда сигнала ЯМР уменьшиласьне более чем в 1 раз за общее времярегистрации. Следовательно, общеевремя регистрации гш должно бытьравно Т 1, отсюдал Т 2гЪ= Т,;2 шВремя Т определяется как среднее поисследуемому объекту. Точность определенияможет лежать в пределах107, так как в пределах этого отклонения времени амплитуда сигнала ЯМРизменяется незначительно, следова"л Т 2тельно,2 шП р и м е р. Исследуемый объектпомещают в постоянное магнитное поле(0,14 Т). Длительность 90"градусногоселективного радиочастотного импуль"са 10 мс, длительность широкополосного импульса 60 мкс. Длительностьинтервала времени= 5 мкс.Число накоплений ш16. Время спинспиновой релаксации исследуемого объекта Т300 мс. Характерный размер исследуемого объекта Ь 25 см. Относительная неоднородность постоянного магнитного поля 2 10 Х. Общее время сканирования 2 мин.Таким образом, получено увеличение сигнал/шум в 4 раза при отсутст вии искажений, вызванных процессом переключения Х- и У-градиентов маг" нитного поля, по сравнению с известными способами.15 Формула изобретенияСпособ вычислительной томографиина основе ядерного магнитного резонанса, заключающийся в том, что ис следуемый объект с характерным размером Ь и временем спин-спиновой релаксации Т помещают в постоянное магнитное поле с относительной неоднородностью ДН, воздействуют на него 25 90 -ным селективным радиочастотным импульсом при наличии Е-градиента магнитного поля, затем воздействуют магнитным полем с У-градиентом, ре" гистрируют сигнал ЯИР в присутствии ЗО Х-градиента магнитного поля и;повторяя циклы сканиронания при разных значениях У-градиента магнитного поля, по полученным данным вычисляют ЯМР-томограмму, о т л и ч а ю щ и йс я тем,. что, с целью повышения точ 35 ности и чувствительности измерений путем уменьшения влияния переходных процессов при переключениях градиентов магнитного поля и увеличения соотношения сигнал - шум, в течениеТинтервала временив в , где ш -2 шчисло накоплений, после окончания сеолективного 90 -ного радиочастотногоимпульса на исследуемый объект дополнительно воздействуют магнитным полем с Х-градиентом, величина С, которого определяется .иэ соотношенияЗНБС (Е)М - ---К Ввгде Б - размер частицы ЯМГ-томограммырпри следующих граничных условиях:С (О)+10 -- ф-з дН Нх ЭЛН Ю(л)х Эпри этом величину С У"градиента магнитного поля выбирают согласно соотношениюд НЯС (Е)И = -- -"- Ь игде и = 1-К - номер цикла сканирования,при следующих граничных условиях:дН КС (О) = + 10(") = +10йНМЬ.пзатем на исследуемый объект воздействуют последовательностью 180 -ныхсрадиочастотных импульсов (180-2),ш,в присутствии Х-градиента магнитногополя, величина С которого определядН Нется из соотношения С (1)1460682 Корректор Э.Лончак оставиехред Пет Редак е ГЕНТ ССС открытиям д. 4/