SU1126850A1 - Вычислительный томограф на основе дерного магнитного резонанса - Google Patents

Abstract

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОМОГРАФ HA ОСНОВЕ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА , содержащиГ: магнитную систему с расположенным в ней датчиком, вклю чающим Х-градиентную катушку,Y -градиентную катушку, -градиентную катушку , соединенные с устройством управлени  градиентами, и приемноперьдающую катушку с исследуемым объектом, выход которой через блок детектировани  сигнала соединен с центральным процессором, а вход через усилитель мощности соединен с форми рователе 1 импульсов с двум  входами , первый вход которого соединен с синтезатором несущей частоты, а второй - с центральным процессором, который также соединен с устройством управлени  и отображени  инфор- мат1ии, отличающийс  тем, что, с целью повышении точности из мерений и расширени  функциональных возможностей,, в него дополнительно введены сканирующа  катушка, второй специализированный процессор и блок .формировани  селективного импульса i с двум  входами, первый вход кото рого соединен с формирователем им (Л пульсов с двум  входами, выход с усилителем мощности, а второй вход - с центральным процессором, к которому также подсоединены синтезатор несущей частоты, второй специализированный процессор и устройство управлени  градиентами, содержащее четыре идентичных канала, г причем первый канал соединен с Xьр градиентной катушкой, второй - с CD 00 Y-градйентной катушкой, третий с2-градиентной катушкой, а четсл вертый - со сканирующей катушкой.

Description

.1

Изобретение относитс  к вычислительной томографии на основе  дерного магнитного реэонанса и может быть использовано дл  изучени  прос ранственного распределени  химической структуры исследуемых объектов.

Известен вычислительный томограф на основе  дерного магнитного резонанса (ЯМР), содержащий посто нный г агнит, градиентные катушки, устройство .-управлени  градиентными катушками и радиочастотный тракт с датчиком. Пространственное разрешение в этом Томографе достигаетс  те что резонансные услови  формируютс  только в одной точке исследуемого объекта с последующим сканированием данной точки по объему ij ,

Недостатками этого даГР-томографа  вл ютс  длительное врем  сканирова ни , а также недостаточное пространственное разрешение, обусловленное техническими трудност ми при формировании резонансных условий в достаточно малой области,

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности  вл етс  вычислительный томограф на основе  дерного магнитного резонанса , содержащий магнитную систему с расположенным в ней датчиком, включающим Х-градиентную катушку, Y-градиентную катушку,Z-градиентную катушку, соединенные с .устройством управлени  градиентами, и приемно-передающую катушку с исследуемым объектом, выход которой через блок детектировани  сигнала соединен с центральным процессором, а вход через усилитель мощности соединен с форм фователем импульсов с двум  входами, первый вход которого соединен с синтезатором несущей частоты,-а второй с центральным процессором, который также соединен с устройством управлени  и отображени  информации 21 .

К недостаткам данного устройства относ тс  функциональна  огра даченность , обусловленна  отсутствием возможности гибкого изменени  программы управлени  градиентами и обработки данных, длительное врем сканировани , невозможность определени  времени спин-спиновой релаксации , значительные искажени  координат получаемого изображени  из-за искаже шй при изменении тока

68502

в градиентных катушках во врем  сканировани ,

I

Цель изобретени  - повьшение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в вычислительный томограф на основе  дерного.магнитного резонанса , содержащий магнитную сие- . тему с расположенным в ней датчиком, включающим Х-градиентную катушку, Y-градиентную натугаку, 2-градиентную катушку, соединенные с устройством управлени  градиентами, и приемно-передающую катушку с исследуемым объектом, выход которой через блок дет.ектировани  сигнала соединен с центральным процессором, а вход через усилитель мощности соединен с формирователем импульсов с двум  входами , первьм вход которого соединен с синтезатором несущей частоты, а второй - с центральным процессором, который также соединен с устройством управлени  и отображени  информации, дополнительно введены сканирующа  катушка, второй специализированный процессор и блок формировани  селективного импульса с двум  входами, первый вход которого соединен с формирователем импульсов с двум  входами , выход - с усилителем мощности, а второй вход - с центральным процессором , к которому также подсоединены синтезатор несущей частоты, второй специализированный процессор и устройство управлени  градиентами, содержап ее четыре идентичных канала, причем первый каиал соединен с Xградиентпой катушкой, второй - с V-градиентной к:атушкой, третий - с 2-градиентной катушкой, а четверг тый - со сканирующей катушкой.

На фиг, представлена блок-схема предлагаемого вычислительного томографа на основе ЯМР; на фиг,2 блок-схема блока формировани  селективного импульса с двум  входами; на фиг.З - блок-схема устройства управлени  градиентами,

ЯМР-томограф содержит синтезатор I несущей частоты, центральный процессор 2, формирователь 3 импульсов с двум  входами, блок 4 формировани  селективного импульса с двум  )зход,ами, усилитель 5 мощности , приемно-передающую катушку б, исследуемый обьект 7, уст3

ройство 8 управлени  градиентами, Х-градиентную катушку 9, -градиенную катушку 10,Z -градиентную катушку 11, сканирующую катушку 12, блок 13 детектировани  сигнала, второй специализированный процессор 14, устройство 15 управлени  и отображени  информации, регистр преобразователь 17 цифра-аналог, модул тор 18 с двум  входами, декодеры 19-22 адреса оперативно запоминающие устройства 23-26, цифро-аналоговые преобразователи 27 - 30, датчик 31 и магнитную ст; тему 32. I

Вычислительный томограф на основе  дерного ЯМР включает синтезатор 1 несущей частоты, вход.которого соединен с центральным про - цессором 2, а выход с первым входом формировател  3 импульсов с двум  входами, второй вход которог соединен с центральным процессором 2, а выход - с первым входом блока 4 формировани  селективного импульса с двум  входами, второй вход которого соединен с центральным процессором 2, а выход через усилитель 5 мощности с приемно-пердающей катушкой 6, содержащей исследуемый объект 7; выход которой через блок 13 детектировани  сигнал соединен с центральным, процессором к которому также подключены второй специализированный процессор 14, устройство 15 управлени  и отображени  информации и устройство 8 управлени  градиентами, содержащие четыре Идентичных канала, которые соответственно соединены с Х-градиентной катушкой 9, Y -градиентной катушкой 10,2 -градиентной катушкой 11 и сканирующей катушкой 12 располагающимис  вместе с приемнопередающей катушкой 6 в датчике 31 помещенном в магнитную систему 32, Блок 4 формировани  селективного импульса с двум  входами включает последовательно соединенные регистр 16, преобразователь 17 цифрааналог и модул тор 18 с двум  входа ми. Устройство управлени  градиентами содержит четыре идентичных канала, каждый из которых включает по одному из декодеров 19-22 адреса , по одному из оперативнозапоминающих устройств 23 - 26 и по

268504

одному из цифро-аналоговых преобра- зователей 27 - 30,

Устройство работает следующим образом.

5 Синтезатор I несущей частоты по команде центрального процессора 2 генерирует синусоидальные колебани  с частотой, равной частоте  дерного магнитного резонанса )0 исследуемого  дра, которые поступают на первый вход формировател  3 импульсов с двум  входами, в котором по командам от центрального процессора 2, поступающим через j второй вход, формируетс  фаза и длительность импульсов, а также рассто ние между импульсами. Сформированна  последовательность импульсов поступает на первый вход блока 4 20 формировани  селективного импульса с двум  входами, в котором происходит модул ци  амплитуды импульсов по форме, задаваемой командами, поступающими на второй вход от централь5 ного процессора 2, Процесс формировани  селективного импульса осуществл етс  с целью получени  заданной спектральной формы импульса. Полностью сформированна  последователь0 ность импульсов усиливаетс  в усилителе 5 мощности и передаетс  в приемно-переда .ощую катушку 6, в которой находитс  исследуемьш объект 7. Одновременно с передачей команды на синтезатор 1 несущей частоты подаетс  команда на устройство 8 управлени  градиентами, которое вьщает управл ющие сигналы на Х-градиентную катушку 9, Y-градиентную катущQ ку 10, Z-градиентную катушку 11 и сканирующую катушку 12.

Возбуждающие импульсы и градиенты магнитного пол  переключаютс  строго синхронно по коьшндам центрального

5 процессора 2, После действи  возбуждающих импульсов в приемпо-передающей катушке наводитс  сигнал  дерного магнитного резонанса, который в блоке 13 детектировани  сигнала

0 подвергаетс  квадратурному детектированию и преобразованию в цифровые коды. Из блока 13 детектировани  сигнала- цифровые коды поступают в центральный процессор 2, который

5 кроме функции управлени  выполн ет математическую обработку сигналов с целью получени  изображени  исследуемого объекта 7, Процесс обработ3 кй данных включает несколько матема тических операций, в частности прео разование Фурье, свертку и обратное проецирование, включающее интегрирование и интерпол цию. Дл  быстрого выполнени  этих операций введен второй специализированный процессор 14, соединенный с центральным процессором 2, Центральньй процессор 2 представл ет собой универсаль ную ЭВМ и не позвол ет без применени  второго специализированного процессора 14 достичь времени обработки данных 1-5 мин, что снижает производительность устройства в целом. После обработки данных сканирова ни  полученное изображение выводитс на устройство 15 управлени  и отображени  информации. Блок 4 формировани  селективного импульса с двум  входами работает следующим образом. Команда в виде цифрового кода от центрального процессора 2 подаетс  на регистр 16 и преобразуетс  в аналоговый управл ющий сигнал с помощью преобразовател  17 цифрааналог . Управл ющий аналоговый сигнал поступает на первый вход модул тора 18 с двум  входами, на второй вход которого поступает имт пульс от формировател  3 импульсов .двум  входами. После модул ции амплитуды импульс с выхода модул тора с двум  входами передаетс  в усилитель 5 мощности, Устройство 8 управлени  градиентами работает следуюхцим образом. Перва  команда в виде цифрового кода от центрального процессора 2 поступает в декодеры 19 - 22 адреса В первой команде содержатс  адреса каналов, которые позвол ют выбрать дл  работы требуемые оперативно-зап минающие устройства 23 - 26. Втора  команда содержит информацию о величине градиентов. Эта информаци  запоминаетс  в выбранных оперативно запоминающих устройствах, например в устройствах 23 и 25, преобразуетс в управл ющие аналоговые сигналы дл Х-градиентной катушки 9 и Z -градиен ной катушки 1I с помощью цифро-аналоговых преобразователей 27 и 29. Если выбраны оперативно-запоминающие устройства 24 и 26, то управл ющие аналоговые сигналы соответст 50 венно дл  V -градиентной катушки 10 и сканирующей катушки 2 образуютс  с помощью Цифро-аналоговых преобразователей 28 и 30, Приемио-передающа  катушка 6 с исследуемым объектом 7, Х-градиентна  катушка 9,V -градиентна  катушка 10,2 градиентна  катушка 1 и сканирующа  катушка 12 конструктивно размещаютс  в датчике 31, который находитс  в магнитной системе 32. Развитие вычислительной томографии на основе ЯМР обусловило по вление более дес ти различных методов получени  изображени . Каждый из методов имеет определенные преимущества в своей области применени . Предложенное техническое решзние позвол ет расширить функциональные возможности устройства за счет гибкой перепрограм№руемой структуры управлени  и сбора данных, что позвол ет реализовать практически все известные методы вычислительной томографии на основе ЯМР, например метод восстановлени  изображени  по проекци м при посто нном градиенте. Этот метод позвол ет измерить пространственное распределение плотности  дер, врем  спин-решеточной Т и спин-спиновой Тл релаксаций. Последние два параметра не могут быть измерены в прототипе. Данный метод позвол ет также сократить врем  сканировани , В частности, сканирование при одинаковом разрешении в прототипе занимает примерно 600 мин, а в предложенном устройстве - 3 мин, Пример конкретной реализации этого метода. По команде центрального процессора 2 синтезатор 1 несущей частоты, формирователь 3 импульсов с двум  входами, блок 4 формировани  селективного импульса с двум  входами и усилитель 5 мощности формируют в приемно-передающей катушке селективный возбуждающий импульс со следующими параметрами: несуща  частота 6 МГц, длительность импульса 7 мс, что соответствует 90 импульсу, форма импульса Гауссова, ширина спектра импульса 100 Гц. Одновременно устройство 8 управлени  градиентами формирует импульс тока в Z-градиентной катушке 11, Длина имггульса 7 мс, амплитуда тока 7 А, что соответст7 вует величине Z -градиента 0,05 Гс/с С помощью этих операций возбуддаетс  спинова  система в плоском слое тол1Щ1Иой мм, После окончани  селективного возбуждакицего импульса и 2-г радиента устройством 8 управлени  градиентами формируютс  импульсы тока в Хтрадиентной катушке 9 и -градиентной катушке 10. Длина импульсов 0,3 с. Магнитное поле Х-градиентной катушки 9 и Y-градиент ной катушки IО складываютс  и образуют 1 -градиент величиной 0,2 Гс/с В этом R -градиенте регистрируетс  с помощью блока 13 детектировани  сигYT « 4V « ел Л.--. 11 нала, сигнал свободной индукции. Далее все операции повтор ютс  при изменении угла поворота 1 -градиента на 1 . После проведени  180 ЦИКЛОВ полученные данные из централь ч .-.1ного процессора 2 передаютс  во второй специализированный процессор 14, в котором происходит восстановление :изображени  возбуждаемого сло  в исследуемом объекте 7 . Получен кое изображение визуализируетс  с помощью устройства 15 уп . 8 850 и отображени  ииформа равлени  ции. Дл  изменени  положени  возбуждаемого сло  в исследуемом объекте 7 примен етс  сканирующа  катушка I2, С помощью устройства 8 управлени  градиентами одновременно с селективным возбуждающим, импульсом в , сканирующую катушку 12 подаетс  импульс тока длительностью 7 мс. Величина тока к ней определ ет смещение положени  возбуждаемого. сло  от центра. Сокращение времени одного сканиг ч - oj v-ntinn uMMuiu скани- ровани  позвол ет за заданный промежуток времени повысить число накоплений данных и, тем самым, точность измерений. В частности, в приведенном примере по сравнению с прото ,. iij-..-i,.. IIW L-Kdoncnniu i: upor типом отношение сигнал/шум возрастает в 4 раза при одинаковом времени сканировани . Таким образом, предложенный вычислительный томограф, на основе ЯМР позвол ет существенно расширить функциональные возможности и повысить точность измерений .

/5

Л

.

Фиг.2.

Claims (1)

1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОМОГРАФ HA ОСНОВЕ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, содержащий магнитную систему с расположенным в ней датчиком, включающим Х-градиентную катушку,Y -градиентную катушку, Z-градиентную катушку, соединенные с устройством управления градиентами, и приемнопередающую катушку с исследуемым объектом, выход которой через блок детектирования сигнала соединен с центральным процессором, а вход через усилитель мощности соединен с формирователем импульсов с двумя входами, первый вход которого соединен с синтезатором несущей частоты, а второй - с центральным процессором, который также соединен с устройством управления и отображения информации, отличающийся тем, что, с целью повышение точности измерений и расширения функциональных возможностей,, в него дополнительно введены сканирующая катушка, второй специализированный процессор и блок формирования селективного импульса с двумя входами, первый вход которого соединен с формирователем импульсов с двумя входами, выход с усилителем мощности, а второй вход - с центральным процессором, к которому также подсоединены синтезатор несущей частоты, второй специализированный процессор и устройство управления градиентами, содержащее четыре идентичных канала, причем первый канал соединен с Xградиентной катушкой, второй - с Y~градиентной катушкой, третий с7-градиентной катушкой, а четвертый - со сканирующей катушкой.