FI113301B - Menetelmä paramagneettisen materiaalin jakautumaa liuoksessa esittävien kuvien saamiseksi - Google Patents

Description

113301

Menetelmä paramagneettisen materiaalin jakautumaa liuoksessa esittävien kuvien saamiseksi Förfarande för att erhalla bilder som representerar distributionen av paramagnetiskt material i lösning Tämä keksintö liittyy menetelmään liuoksen paramagneettisen materiaalin jakautuman esittävien kuvien saamiseksi, mukaanlukien vapaat radikaalit. Tällä keksinnöllä on sovellutus muun muassa elävän kudoksen (engl. living tissue) vapaitten radikaalien jakautuman määrityksessä, jotka saattavat olla aikaisemmin injektoituja.

Elektroparamagneettisen resonanssin (engl. electron paramagnetic reconance) (EPR) kuvanmuodostus, joka hyödyntää menetelmiä, jotka ovat analogisia ydinmagneettisen resonanssin (engl. nuclear magnetic resonance) (NMR) kuvanmuodostuksessa käytettyjen kanssa, mutta paljon suuremmalla nutaatiotaajuudella, on tunnettu. Kuitenkin, kun tarkastellaan voimakkaita magneettikenttägradientteja, joita tarvitaan hyvän spatiaalisen erottelukyvyn saavuttamiseksi, EPR-kuvanmuodostus on tähän saakka rajoittunut pieniin näytteisiin.

* t

On myös tunnettua, että jos liuotettua paramagneettista ··. materiaalia sisältävän liuottimen ydinhiukkaset viritetään ,'! ydinmagneettiseen resonanssiin, ja havainnoidaan NMR-resonans- t : : siä, voidaan saavuttaa havainnoidun NMR-signaalin dramaattinen '·’ ' vahvistus, jos paramagneettinen materiaali on samanaikaisesti viritetty EPR-resonanssiin. Tätä ilmiötä, joka tunnetaan : protoni-elektroni kaksoisresonanssi kuvanmuodostuksena (engl.

v : Proton-Electron Double-Resonance Imaging) (PEDRI), voidaan .·. : hyödyntää liuoksen sisältämän paramagneettisen materiaalin • » ,···, spatiaalista jakautumaa koskevan kuvainformaation saavuttami- seksi, ja US patenttimme nro 4891593 (jonka sisältö liitetään : V tähän tällä viittauksella), esittää menetelmän liuoksessa ole- :tt.: van paramagneettisen materiaalin jakautuman esittävän kuva- informaation saavuttamiseksi, mikä käsittää vaiheina radiotaajuisen säteilyn kohdistamisen EPR-resonanssin virittämi 2 113301 seksi liuoksessa ja NMR-kuvasignaalin saavuttamisen liuottimes-ta valituista ydinhiukkasista (edullisesti protoneista), jolloinka signaali niistä valituista ydinhiukkasista, jotka ovat vuorovaikutuksessa rf-sateilyn virittämien elektronien kanssa, vahvistuu.

Kuten on ymmärrettävää, liuos, johon tätä menetelmää sovelletaan, voi olla epähomogeenisesti jakautunut esimerkiksi elävän kudoksen näytteeseen, ja vahvistetut saavutetun NMR-kuvan osat siten esittävät kudosnäytteen sisältämän paramagneettisen materiaalin spatiaalisen jakauman.

NMR-signaalin vahvistuminen, joka tapahtuu näytteen alueilla, joissa paramagneettista materiaalia on läsnä vaikuttaen NMR--protonien relaksaationopeuteen, ja mikä ilmenee lopullisessa kuvassa paikallisen kuvan intensiteetin lisäyksen kautta, voidaan määritellä yhtälöllä E = Az/Ao, jossa Az ja Ao ovat NMR-signaalit EPR-säteilytyksellä ja ilman sitä. On tunnettua, että E riippuu paramagneettisen liuoksen konsentraatiosta ja EPR-säteilytyksen radiotaajuisen magneettikentän neliöstä, mikä puolestaan on verrannollinen EPR-säteilytyksen tehoon. ;Y: Jos näytteen sähkönjohtavuus oletetaan vakioksi, tietyn E-ar- von tuottamiseen vaadittavan EPR-säteilytystehon voidaan osoittaa olevan verrannollinen EPR-säteilytystaaj uuden ,··. neliöön.

i

Koska aina osa kohdistetusta radiotaajuustehosta absorboituu näytteeseen, on toivottavaa minimoida käytetty teho ylläpitäen kuitenkin todettavissa oleva vahvistus. Siten on toivottavaa : käyttää niin pientä polarisoivan magneettikentän Bo arvoa kuin V · mahdollista, koska EPR-taajuus on verrannollinen B0 NMR-mag- ,\ : neettikenttään. Ottaen huomioon NMR-kuvan signaalin kohina- ,*··, suhteen (Engl. signal-to-noise ratio) (SNR), on kuitenkin ’·’ tunnettua, että SNR pienenee nopeasti B0: n pienentyessä. Siten : Y Bo:n arvo pitäisi maksimoida SNR: n optimoimiseksi, mikä puolestaan parantaa paramagneettisten laatujen havaitsemisen herkkyyttä. Siten on ilmeistä, että B0-arvon valintaan liittyy ristiriitaisia vaatimuksia.

3 113301

Vireillä olevassa kansainvälisessä patenttihakemuksessamme WO 92/04640 (jonka sisältö liitetään tähän tällä viittauksella) olemme kuvanneet, kuinka nämä ilmeisen ristiriitaiset vaatimukset NMR-magneettikentän Bo suuruudelle voidaan molemmat tyydyttää ja ilmeinen ristiriita ratkaista, saavuttamalla NMR-signaali käyttämällä magneettikentän vaihtelu NMR: nä (engl. magnetic field cycling NMR) tunnettua menetelmää. Magneettikentän vaihtelu NMR -menetelmässä, joka on tunnettu NMR-relaksaation ja muiden äärimmäisen pienessä kenttävoimak-kuudessa tapahtuvien ilmiöiden tutkimusmenetelmänä (F. Noack, Prog. NMR Spectrosc. 18. 171 ( 1986)), on kolme erillistä jaksoa, joiden kunkin aikana B0: 11a saattaa olla eri arvo: polarointi arvolla Bop (voimakas kenttä), kehittäminen arvolla Bo® (heikko kenttä) ja havaitseminen arvolla Boa (keskivoimakas tai voimakas kenttä); sekä, kuten mainitussa kansainvälisessä hakemuksessa on esitetty, EPR-resonanssin virittämiseen tarkoitettua EPR-säteilytysmagneettikenttää, joka samalla myös vahvistaa paramagneettisen materiaalin viritettyjen elektronien kanssa vuorovaikutuksessa olevien ydinhiukkasten NMR-sig-naalia, kohdistetaan vain kunkin syklin kehittämisjaksossa, kun Boe-kentän arvo on pieni ja vaadittu EPR-säteilytyksen ‘1’; taajuus ja teho ovat vastaavasti pienet.

,*··, Tällä menetelmällä, joka yhdistää PEDRI-kaksoisresonanssimene-. telmän kentänvaihtelumenetelmään, voidaan tehokkaasti minimoi- da kokonais-RF-energia, jonka tutkittavana oleva kohde absor-• boi kunkin NMR-herätteen aikana; mutta käytettäessä tätä menetelmää tuottamaan PEDRI-NMR-kuva, jossa on 32 x 32 pikse-: liä, vaaditaan vähintään 32 EPR-säteilytys j aksoa, ja jokaisen V * näiden jaksojen RF-säteilytys kertyy tutkittavana olevan : kappaleen absorboimaan kokonaisenergiaan. On aina toivottavaa ,···. saavuttaa vahvin mahdollinen NMR-signaalin vahvistus paranta- '·’ maan PEDRI: n herkkyyttä, jotta havaittaisiin vapaitten radikaa- i · · : .· lien pienet konsentraatiot, joten yleensä käytetään korkeinta siedettävää RF-tehoa. Täten, monissa tapauksissa sallittu kohdistettava tehotaso rajoittaa suurimman herkkyyden. Eräs keino vähentää keskimääräistä käytettyä tehoa on yksinkertai- 113301 I 4 sesti venyttää kunkin kuvanmuodostuspulssijonon ajallista kestoa, ja siten pienentää RF-säteilytyksen työjaksoa, mutta tämä saattaa hyvin kasvattaa kokonaiskuvanmuodostusaikaa yli hyväksyttävien rajojen, erityisesti, jos kootaan kuvia, joissa on 128 x 128 tai 256 x 256 pikseliä.

Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan menetelmä, jossa keskimääräistä kohdistettua RF-tehoa voidaan pienentää, ja tämä tavoite saavutetaan kohdistamalla tutkittavaan kappaleeseen lukuisia NMR-tarkastelusignaaleja NMR-havaitsemisjaksossa, joka seuraa yksittäistä EPR-herätysjaksoa, jolloinka saavutetaan vastaava määrä NMR-kuvanmuodostussignaaleja.

Edullisesti tämä PEDRI-menetelmän lukuisten NMR-tarkastelujen versio yhdistetään kentänvaihtelu-NMR-menetelmään, johon on viitattu aiemmin.

Keksinnön mukaisesti on siis saatu aikaiseksi menetelmä protoni- ^ elektroni kaksoisresonanssin magneettisen resonanssin kuvanmuo-I dostukseen (engl. proton-electron double-resonance magnetic ! resonance imaging), jossa paramagneettista materiaalia sisältä vään näytteeseen kohdistetaan polaroiva magneettikenttä (B0P) po-larointijakson aikana; näytteeseen kohdistetaan polarointijaksoa seuraavan kehittämisjakson aikana toinen polaroiva magneetti-. , kenttä (B0e) , jonka polaroivan magneettikentän (B0e) arvo kehittä-misjakson aikana on alhaisempi kuin polaroivan magneettikentän '.· · (B0P) arvo polarointi jakson aikana, ja radiotaajuinen säteily ,)·* taajuudella, joka on sopiva mainittuun toiseen polaroivaan mag-: neettikenttään (B0e) , jotta paramagneettisen materiaalin EPR-re- : sonanssi virittyisi; näytteeseen kohdistetaan havaitsemisjaksos- sa mainitun kehittämisjakson jälkeen vielä kolmas polaroiva mag- • I 9 neettikenttä (B0d), jonka polaroivan magneettikenttän (B0d) arvo mainitun havaitsemisjakson aikana on suurempi kuin kentän (B0e) 9 · » : .* arvo kehittämisjakson aikana. Menetelmässä kohdistetaan vain • « » yksi polarointi jakso ja kehittämisjakso, mutta havaitsemis jakso koostuu sarjasta havaitsemissyklejä, jossa jokaisen mainitun ha-vaitsemissyklin aikana näytteeseen kohdistetaan NMR-tarkastelu- • · . signaali, vastaava sarja NMR-kuvanmuodostussignaaleja saadaan · :#*.ί mainitusta näytteestä mainitun havaitsemisjakson aikana ja mai-·;··· nittu sarja NMR-kuvanmuodostussignaale ja yhdistetään täydelliseksi NMR-kuvaksi.

5 113301

Polaroivan magneettikentän (B0d) arvo mainitun havaitsemisjakson aikana on edullisesti yhtä suuri tai vähemmän kuin polaroivan magneettikentän (B0P) arvo polarointijakson aikana.

Keksinnön mukainen menetelmä selitetään täydellisemmin seuraa-vassa kuvauksessa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää tunnetun tyyppisiä täysirunkoisen NMR-pyyhkäisy-laitteen (engl. whole-body NMR scanning apparatus) magnetointi-käämejä ja NMR-lähetys/vastaanottokäämejä lisättynä EPR-reso-naattorilla;

Kuvio 2 näyttää suuremmassa mittakaavassa kuviossa 1 näytetyt NMR-lähetys/vastaanottokäämin sekä EPR-resonaattorin yhdessä | j tutkittavan näytteen säiliön kanssa; i ] | Kuvio 3 on kaavio, joka näyttää yhden syklin aikaisten tapahtu mien suhteelliset kestot kentänvaihtelu-NMR-menetelmässä, joka voidaan kohdistaa kuvioissa 1 ja 2 esitetyn laitteen avulla, joka on esitetty vireillä olevassa kansainvälisessä patenttihakemuksessamme WO 92/04640; ja

Kuvio 4 on vastaava kaavio yhden syklin aikaisista tapahtumista keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa suoritusmuodossa, joka » · ’>*·’ myös käsittää kentänvaihtelun.

f t · » e · i (j· Kuten kuvio 1 esittää, tunnetun tekniikan mukainen täysirunkoi- */*': nen NMR-pyyhkäisylaite käsittää neljä sama-akselisesti järjes- ; ,·, tettyä käämiä vakaan, pystysuoran magneettikentän Bo kehittämi- '1'..’' seksi, nimittäin suuren pääkaämiparin 11 ja pienemmän parin • » · ‘ ulkokäämejä 12 yhdessä gradienttikäämien (ei näytetty yksityis kohtaisesti) kanssa, jotka sijaitsevat tunnetulla tavalla gradi-i *.*’ enttikäämiputkessa 13, jonka akseli on kohtisuorassa käämien 11

t I I

ϊ.,,ί ja 12 vastaavaa kohtaan. Tämän tunnetun järjestelyn sovittami- : seksi suorittamaan kentänvaihtelu-NMR, sama-akselisesti käämien • « · * *. 11 ja 12 kanssa ja symmetrisesti käämien 11 väliin on saatu aikaiseksi edelleen pari pienempiä käämejä 14.

• · • · » • i t » · » • * 6 113301

Laitteen keskellä, t. s. kohdassa, jossa gradienttikäämien putken akseli leikkaa käämien 11 ja 12 vastaavan, sijaitsee lähetys/vastaanotto-NMR-signaalikäämi 15 sama-akselisesti gradienttikäämin putken 13 kanssa, sekä, kuten kuva 2 esittää, putki 16 tutkittavan näytteen säilyttämiseksi on järjestetty sama-akselisesti käämin 15 sisään. Putkea 16 ympäröi EPR-reso-naattori 17, joka sisältää 20 rinnan herätejohtoihin 18 kytkettyä silmukkaa, jotka johdot 18 on yhdistetty EPR-viri-tyssignaaligenerattoriin (ei näytetty), joka käsittää syntetisoidun mikroaaltotaaj uusgeneraattorin, joka ohjaa laajakaistaista vahvistinta, jonka ulostuloon johdot 18 on kytketty. Sopivat säätökondensaattorit (ei näytetty) on sisällytetty virittämään resonaattori 17 tarkoituksenmukaiseen EPR-taajuuteen sekä sovittamaan sen johtoihin 18. Kuvattu resonaattori 17 voidaan haluttaessa korvata tunnetun mukaisilla niin sanotulla linnunhäkkiresonaattorilla (engl. birdcage resonator) tai silmukkarakoresonaattorilla (engl. loop-gap resonator), tai Alderman-Grant -resonaattorilla.

Ylläkuvatun laitteen, jota on käytetty suorittamaan edellä mainitun kansainvälisen patenttihakemuksen osoittamia menetel-Y; miä, erityisessä suoritusmuodossa, sekä tämän keksinnön mukaan, käämit 11 ja 12, joihin on johdettu jännite siten, i että niiden kentät ovat toisiinsa lisättävissä, on järjestetty (

I I

saamaan aikaan vakaa 0,01T -suuruinen Bo-magneettikenttä Y laitteen keskustaan, mikä antaa protoni-NMR taajuuden 425kHz.

s : : Käämiä 15, halkaisijaltaan 85 mm, käytettiin tuon taajuuden **’ ' lähettämiseen ja vastaanottamiseen ollen kytkettynä sopivaan RF -lähettimeen ja -vastaanottimeen passiivisen lähetys/vas- i.i : taanotto-kytkimen kautta. Käämit 14, jotka on kytketty sähköi- V ' sesti sarjaan ja käämitty siten, että niiden magneettikentät ,*. : ovat toisiinsa lisättävissä (mutta käämien 11 ja 12 kehittämää ... magneettikenttää vastaan, kuten alempana selitetään), olivat Y onttoa, vesijäähdytettyä tyyppiä sisähalkaisijaltaan 220 mm ja * * * f V induktanssiltaan 24 mH. Kullakin käämeistä 14 on 188 kierrosta Y/ halkaisijaltaan 2,5 mm kuparilankaa, ja virransyötöllä 3, 67A ne tuottivat magneettikentän 0,0049 T laitteen keskustaan. Niihin syötettiin valittu pysyvävoimainen virta vakiovirta- 7 113301 lähteellä, ja virta kytkettiin päälle ja pois, kuten jäljempänä selitetään, käyttäen MOFSET-transistoreja NMR-laitteen pulssiohjelmoijan ohjaamina. Kytkentäaika oli vähemmän kuin 10 ms.

Yllämainitussa kansainvälisessä patenttihakemuksessa kuvatun menetelmän suorituksessa yllä kuvatulla laitteella, NMR-lai-tetta käytetään kentänvaihtelumoodilla, jossa jokainen sykli käsittää polarointijakson, jota seuraa kehittämisjakso, jota puolestaan seuraa havaitsemisjakso. Kun putki 16 sisältää tutkittavan näytteen, joka sisältää liuoksen, jossa paramag-neettinen materiaali on mahdollisesti epätasaisesti jakautunut vety-ydinhiukkasia (protoneja) sisältävään liuottimeen, protonien ydinmagnetoinnin sallitaan kehittyä polarointijakson aikana käämien 11 ja 12 tuottaman 0,01 T suuruisen B0-magneet-tikentän vaikutuksen alaisena, t. s. kun käämeihin 14 ei syötetä virtaa. Vaihtoehtoisesti käämeihin 14 voitaisiin syöttää polarointijakson aikana virtaa kehittämään saman suuntainen kenttä kuin minkä käämit 11 ja 12 kehittävät, mikä tuottaisi näytteeseen 0,01 T suuremman nettomagneettikentän, mikä puolestaan lisäisi protonien magnetoitumista. Sitten käämeihin Y: 14 syötetään virta kehittämään käämien 11 ja 12 kehittämää γ. kenttää vastakkaissuuntainen kenttä siten, että (kuten on esitetty kuvion 3 ylimmällä viivalla) B0-kentän nettosuuruus Y_ tippuu nopeasti 0,01 T: sta vain (erityistapauksissa) 0, 0051 T: aan, millä tasolla se säilyy syklin kehittämisjakson ajan.

< * f 1 * * * 1 ( « I * * ‘‘ Tämän kehittämisjakson aikana, kuten kuvion 3 toinen viiva esittää, EPR-virityssignaali kohdistetaan EPR-resonaattoriin < · Y! : 17. Eräässä tapauksessa, jossa tutkittava näyte oli keinotekoi- Y ’ nen, sisältäen 2 mM vesiliuoksen typpihappoista vapaata ,·. : radikaalia TEMPOL (4-hydroksi-2, 2, 6, 6, -tetrametyylipiperidiini- i-oxyl) huoneenlämmössä, EPR-säteilytystaajuus asetettiin 160 T MHz: iin 1 watin tehotasolla, ja tutkimus suoritettiin säteilyt-* Y tämällä yhtä nitroksidin tripletin tunnusomaista EPR linjaa, Y/ mikä havaittiin B0; n arvoilla 0, 0037 T, 0, 0051 T ja 0, 0072 T, jotka Bo® arvot saavutettiin sopivalla käämeihin 14 syötetyn 8 113301 vakiovirran valinnalla. 0, 0051 T: n väliresonanssia käytettiin useimmissa kokeissa.

Kehittämisjakso päätetään sitten kytkemällä sekä EPR-resonaat-tori että käämit 14 pois päältä, siten, että B0-kenttä nopeasti palautuu arvoonsa 0,01T tulevaa syklin havaitsemisjaksoa varten. Vaihtoehtoisesti käämeihin syötettävää virtaa voitaisiin pienentää mieluummin kuin kytkeä pois kokonaan, niin että havaitsemisjaksolle saadaan aikaiseksi kenttä B0Ä, joka on suurempi kuin kehittämisjakson kenttä Bo®, mutta kuitenkin pienempi kuin kenttä Bo», joka saatiin aikaiseksi alun pola-rointijakson aikana.

Havaitsemisjakson aikana, normaalilla NMR-tavalla, radiotaajuinen NMR-tarkastelusignaali kohdistetaan käämiin 15 (kuten on esitetty kuvion 3 kolmannella viivalla) ja gradienttikenttä-signaalit johdetaan gradienttikäämeihin (kuten on esitetty kuvion 3 seuraavilla kolmella viivalla). Tämä johtaa NMR-kuvan-muodostussignaalin ulostuloon (esitetty kuvion 3 seitsemännellä viivalla), joka havaitaan käämillä 15. Kuten jo mainittiin, osat tästä signaalista, jotka aiheutuvat protonien vuorovaiku-;V. tuksesta läheisen virittyneen paramagneettisen materiaalin kanssa, ovat vahvistuneet siten, että vastaavilla osilla » · ♦ , ·. saavutetussa lopullisessa kuvassa on myös vahvistunut intensi--1.^ teetti, joten lopullinen kuva osoittaa virittyneen paramagneet-) tisen materiaalin jakautuman tutkittavassa näytteessä.

t < ·

! » C

• ( t *

On ymmärrettävää, että suoritettaessa EPR-viritys vain kehittämisjakson aikana, jolloin B0-kentällä on heikko arvo Bo®, ’,· · vaadittava EPR-virityksen säteilytyksen tehotaso on minimoitu, ί i * '’ ja että tämä saavutetaan ilman kompromissia ulostulevan ,*, ; kuvanluontisignaalin SNR kanssa, jonka määrää syklin muiden * ·- * jaksojen aikana niiden voimakkaamman Bo-kentän arvo.

* f I * ♦ : \* Periaatteessa B0-kentän heikkeneminen kehittämisjakson aikana ^ : voitaisiin saavuttaa pienentämällä käämeihin 11 ja 12 syötettä vää herätevirtaa, mutta käytännössä tämä saattaisi asettaa ei-hyväksyttäviä vaatimuksia käämien tehonsyötölle ja käämien 9 113301 eristykselle johtuen käämien suuresta induktanssista. Siksi on edullista käyttää yllä kuvattua "kentän kompensointi tekniikkaa", jossa käämeissä 11 ja 12 ylläpidetään vakio virta, ja kenttää muutellaan kytkemällä vain paljon pienemmät käämit 14 päälle ja pois. On edullisempaa, että käämit 14 kytketään pois päältä havaitsemisjakson aikana kuin että niitä käytettäisiin pienennetyllä virralla, koska tällöin Bo-kenttä on saatu aikaseksi ainoastaan käämien 11 ja 12 avulla havaitsemisjakson aikana, kun suurimmat vaatimukset asetetaan näytteeseen vaikuttavan magneettikentän spatiaaliselle homogeenisuudelle ja ajalliselle stabiliteetille. Kehittämisjakson aikana magneettikentän homogeenisuuden tarvitsee olla vain riittävän hyvä säteilyttämään näytteen kiinnostuksen kohteena oleva EPR-juova: yllä kuvatuissa olosuhteissa juovanleveys oli enemmän kuin 4MHz EPR-taajuudella 160MHz, joten voitiin sallia suurempi kuin ± 1% Boe: n vaihtelu yli näytteen tilavuuden, samalla kun laskettu käämien 14 homogeenisuus yli näytteen tilavuuden oli parempi kuin ± 1000 ppm. Kentän kompensoinnin haitta on vääjäämätön käämien 11 ja 14 välinen vuorovaikutus johtuen niiden välisestä läheisyydestä: havaittiin, että tämä kasvatti käämien 11 ja 12 aiheuttaman magneettikentän epä- ',·. stabilisuutta, kun käämit 14 kytkettiin. Vaikutus tuli vaka- > f ·;>, vammaksi, kun kenttävoimakkuuksia kasvatettiin, ja tästä . syystä Bo^ja Boa arvot rajoitettiin 0,01 T: n ylärajaan.

« · '**’ On huomattava, että yllä kuvatun menetelmän yksi sykli ei ··: tarjoa tarpeeksi tietoa täyden NMR-kuvan rakentamiseen, ja I t > V ’ että esim. 32 x 32 -pikselin kuvan saavuttamiseksi on tarpeen suorittaa vähintään 32 sykliä tätä menetelmää. Tähän sisältyy t : :: tutkittavan kappaleen säteilytystä 32 jaksolla EPR-virityksen RF-signaalilla kaikkien 32 kehittämisjakson aikana. Jos on . koottava parempiresoluutioinen kuva, esim. 128 x 128 tai 256 x > * · 256 pikseliä, syklien lukumäärää (ja siten EPR-virityksen i : ·;· säteilytysten lukumäärää) on vastaavasti nostettava.

Kuitenkin keksinnön mukaisella menetelmällä, joka voidaan suorittaa käyttäen kuvioihin 1 ja 2 viittaamalla kuvattua laitetta, kutakin EPR-säteilytystä seuraa kokonainen sarja 10 113301 NMR-säteilytyksiä ja siitä seuraavia NMR-kuvasignaaleja, jotka vaaditaan täyden kuvan rakentamiseen. Tämä on kuvattu kuvioon 4, joka liittyy keksinnön edulliseen muotoon, ja joka myös käsittää kentänvaihtelun. Sen mukaisesti kuvioiden 3 ja 4 vasemmat puolet ovat identtiset näyttäen alun polarointijak-son, jonka aikana Bo-kentällä on korkeampi arvonsa Bo», ja jota seuraa yksittäinen EPR-säteilytyksen kehittämisjakso kestäen ajanjakson te tyypillisesti suuruudeltaan 1-2 s, minkä aikana Bo-kenttällä on heikennetty arvonsa B0e. Kuitenkin sitten, pienen viiveen jälkeen, tyypillisesti 10 ms, jonka aikana Bo-kenttä palautetaan voimakkaampaan arvoon B0d, havaitsemisjakso sisältää kokonaisen sarjan radiotaajuisia NMR-säteilytyssignaaleja, joihin kuhunkin liittyy oma sopiva Go-gradienttikenttä, tarkoituksena tuottaa kaikki täyden NMR-kuvan rakentamiseen vaadittavat NMR-kuvanluontisignaalit. 32 x 32 -kuvaan toistetaan havaitsemisosa 32 kertaa havaitsemis jakson aikana toistoajalla suuruudeltaan 5-20ms.

Olettaen, että kaikki kuvatieto voidaan saavuttaa ajassa, joka suuruusluokaltaan vastaa tutkittavan kohteen protonia Ti, vahvistuksen vaimeneminen tiedonkeruun aikana ei vaikuta kielteisesti kuviin. Kun suurin osa kuvainformaatiosta sisäl-tyy nolla- ja heikkovaihekoodauksen tiedonkeruulla saavutettuun tietoon, vastaten tutkittavan kappaleen matalia spatiaa-;; lisiä taajuuksia, on edullista alkaa nollavaihekoodauksen tiedonkeruulla ja sitten kasvattaa vaihekoodituksen gradientti-•· pulssin amplitudia samalla etumerkkiä vaihdellen. Käytännössä * on huomattu edulliseksi toistaa havaitsemissykli useammin kuin tarkasti vaadittava lukumäärä, käsitellen muutamaa ensimmäistä ,; · (tyypillisesti viittä) sykliä vale-NMR-virityksinä, joista NMR-signaalien ulostuloa ei kerätä, tarkoituksena varmistaa, . että dynaaminen tasapaino tai vakiotila on saavutettu ennen tiedonkeruun alkamista.

; * ; Saattaa olla edullista suorittaa yllä kuvattu kokeilu siten, että kehittämisjakson aikana kohdistetaan EPR-säteilytys Bo®: n määräämällä taajuudella, ja että EPR-säteilytys kohdistetaan uudelleen koko havaitsemisjakson ajaksi suuremmalla, ΒοΛ: n 11 113301 määräämällä taajuudella, signaalin vaimentumisen määrän pienentämiseksi havaitsemisjakson aikana. Saattaa myös olla edullista kytkeä EPR-säteilytys pois päältä niinä lyhyinä hetkinä, kun ADC näytteittää NMR-signaalit, jotta vältetään kohina, joka aiheutuu EPR-säteilytyksen läpilyönnistä (engl. break-through) NMR-vastaanottimeen.

Koska tieto yhtä kuvaa varten kerätään hyvin nopeasti, huomattava odotus (haluttaessa useita minuutteja) voidaan hyväksyä. Siten on kuviteltavissa ottaa käyttöön suhteellisen suuri hetkellinen radiotaajuinen EPR-säteilytyksen tehotaso kehittämisjakson aikana maksimoimaan vahvistus ilman vaaraa tutkittavan kappaleen ylikuumenemisesta.

On ymmärrettävää, että kuvioon 3 viitaten kuvattu ja tämän keksinnön mukainen menetelmä voi myös sisältää lisävaiheita, jotta saavutetaan vahvistamaton NMR-signaali edeten, kuten edellä on kuvattu, mutta ilman EPR-resonanssin virittämistä, jolloin saadaan johdettua kuvainformaatio, joka edustaa vahvistettujen ja vahvistamattomien kuvasignaalien eroa.

Vaikka keksinnön mukaisen menetelmän edellä kuvattu versio ;·, sisältää magnetisoivan kentän Bo kenttävaihtelun, on ymmärrettävää, ettei tämä ole välttämätön elementti. Kokeissa, joissa ;; käytettiin kuvion 4 esittämää menetelmää, Bo -kentän arvo pienennettiin Bo»*: n ja Bod: n arvosta 0,01 T Boe -arvoon 0, 0051 :: T, ja vaadittava EPR-taajuus, joka kohdistettiin kehittämis- ·.· · jakson aikana oli 160 MHz. Samanlaisissa kokeissa, joissa ei käytetty kentän vaihtelua, ja joissa Bo -arvo pidettiin 0,01 ::: T: ssa jopa EPR-virityksen soveltamisen ajan, resonanssin : ’virittäminen vaati korkeamman, 237 MHz EPR-taajuuden ja .* . suuremmalla teholla.

Menetelmän versiossa, joka ei sisällä magnetisoivan Bo -kentän : · .· vaihtelua, on edullista jatkaa EPR-säteilytystä koko havaitse- : : misjakson ajan, välttäen siten vahvistetun ydinmagnetisoinnin i · * pienikään vaimentuminen. Tässä tapauksessa saattaa olla 12 113301 edullista kytkeä EPR-säteilytys pois päältä niinä lyhyinä hetkinä, kun ADC kokoaa NMR-signaalit, jotta vältetään kohina, joka aiheutuu EPR-säteilytyksen läpilyönnistä NMR-vastaanottimeen.

Eräs potentiaalinen lisäetu kentänvaihtelun käyttämisestä yhdessä tämän keksinnön kanssa on se, että koska vain yksi kentänvaihtelun sykli tarvitaan täyttä kuvaa varten, voi olla mahdollista käyttää yksinkertaistettuja teholähteitä kentän-vaihtelumagneettina verrattuna niihin, mitä vaaditaan kuvion 3 esittämän kentänvaihtelumenetelmän suorittamiseen. Tämä voi olla erityisen edullista täysirunkoisissa kuvanluontilaitteis-sa, joissa kentänvaihtelu on paljon vaikeampaa johtuen siihen sisältyvien suurten magneettien kasvattamasta kenttäenergias-ta.

On huomattava, että tämän keksinnön periaatetta, jota kutsumme lyhyesti PEDRI: ksi (ts. vain yhden ESR-säteilytyksen soveltaminen kuhunkin kuvaan), voidaan soveltaa käyttäen mitä tahansa viimeaikoina kehitettyjä silmänräpäys- (engl. snapshot) kuvanluonti tekniikoita (FLASH, RARE, jne.). Periaatteessa tekniikkaa voitaisiin myös käyttää tasokaikukuvanluonnissa » · (engl. echo-planar imaging) (EPI), jossa tarvitaan vain yksi NMR- viritys kuvaa kohti, ja kuvatieto hankitaan vähemmässä kuin 100 ms: ssa. Kuitenkin, silmänräpäys-kentänvaihtelu PEDRI ··' käyttäen EPI:ä olisi luultavasti vaikeaa, koska ei saata olla mahdollista vakauttaa magneettikenttää riittävän hyvin havait-: semisjakson aikana, mikä johtaa kuvassa kuvitteellisiin j älkiin.

Claims (3)

113301

1. Menetelmä protoni-elektroni kaksoisresonanssin magneettisen resonanssin kuvanmuodostukseen, joka menetelmä käsittää vaiheet, jossa paramagneettista materiaalia sisältävään näytteeseen kohdistetaan polaroiva magneettikenttä (B0P) polarointijakson aikana; näytteeseen kohdistetaan polarointijaksoa seuraavan kehittämisjakson aikana toinen polaroiva magneettikenttä (B0e), jonka polaroivan magneettikentän (Bae) arvo kehittämisjakson aikana on alhaisempi kuin polaroivan magneettikentän (B0P) arvo polarointijakson aikana, ja radiotaajuinen säteily taajuudella, joka on sopiva mainittuun toiseen polaroivaan magneettikenttään (B0e) , jotta paramagneettisen materiaalin EPR-resonanssi virittyisi; näytteeseen kohdistetaan havaitsemisjaksossa mainitun kehittämisjakson jälkeen vielä kolmas polaroiva magneettikenttä (B0d) , jonka polaroivan magneettikenttän (B0d) arvo mainitun havaitsemisjakson aikana on suurempi kuin kentän (B0e) arvo kehittämisjakson aikana, tunnettu siitä, että kohdistetaan vain yksi polarointijakso ja kehittämisjakso, mutta havaitsemisjakso koostuu sarjasta havaitsemissyklejä, jossa . jokaisen mainitun havaitsemissyklin aikana näytteeseen kohdiste-taan NMR-tarkastelusignaali, vastaava sarja NMR-kuvanmuodostus-signaaleja saadaan mainitusta näytteestä mainitun havaitsemis- = · jakson aikana ja mainittu sarja NMR-kuvanmuodostussignaale j a Ml yhdistetään täydelliseksi NMR-kuvaksi. » · i • s

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polaroivan magneettikentän (B0d) arvo mainitun havaitsemisjakson aikana on yhtä suuri kuin polaroivan magneettikentän (B0P) arvo polarointijakson aikana. i i I ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu t Ί , siitä, että polaroivan magneettikentän (B0d) arvo mainitun ίρ havaitsemisjakson aikana on vähemmän kuin polaroivan Λ1 magneettikentän (BDP) arvo polarointijakson aikana. * · • i • 1 i ; · I · f 1 i4 113301