Исследование влияния химического сдвига на точность передачи координат в МР-томографии
Высокая диагностическая результативность МР-Томографии обусловлена тем, что контраст изображения зависит от ряда параметров и в том числе от релаксационных параметров локальной протонной намагниченности мягких тканей. Релаксационные параметры и, соответственно, контраст изображения в этом методе непосредственно связаны с особенностями и вариациями биохимического состава клеточных структур живого… Читать ещё >
Содержание
- Введение.стр
- ГЛАВА 1. ЯМР-томография — основные положения, методыреадизации и области применения. стр
- 1. 1. Основные физические принципы томографии основанной на явлении ядерного магнитного резонанса. стр
- 1. 2. Методы построения изображений на основе ядерного магнитного резонанса. стр
- 1. 2. 1. Метод двумерного преобразования Фурье (Two dimensional Fourier Transform — 2DFT).стр
- 1. 2. 2. Метод частичного насыщения (Partial Saturation — PS). стр
- 1. 2. 3. Метод обратного восстановления (Inversion Recovery — IR).стр
- 1. 2. 4. Спин — эхо последователь. стр
- 1. 3. Влияние величин Т (1) и Т (2) продольной и поперечной релаксации ткани при спин-эхо последовательности. стр
- 1. 4. Технические средства для построения изображения методом Фурье. стр
- 1. 4. 1. Процедура построения Фурье изображения. стр
- 1. 4. 2. Построение и обработка изображения. стр
- 1. 5. Практическая последовательность импульсов. стр
- 1. 5. 1. Последовательность частичного насьпцения
- 1. 5. 2. Последовательность обратного восстановления (IR2D).стр
- 1. 5. 3. Спин — эхо последовательность (SE).стр
- 1. 5. 4. Многослойна спин — эхо последовательность. стр
- 1. 5. 5. Двойное эхо последовательность (2D).стр
- ГЛАВА II. Разработка много компонентного поверочного устройства для контроля основных характеристик
- 2. 1. Описание экспериментального фантома Ф 28 для проверки и контроля характеристик ЯМР томографа., стр
- 2. 2. Описание экспериментального фантома Ф 4 для проверки и контроля характеристик ЯМР томографа., стр
- 2. 3. Определение состава поверочных растворов. стр
- 2. 4. Описание экспериментальной установки. стр
- ГЛАВА III. Использование разработанных средств Ф4 «и «Ф28 «для контроля точности передачи координат медицинского ЯМР томографа «Magnetom Impact» фирмы Сименс. стр
- 3. 1. Вывод уравнения связи интенсивности ЯМР сигнала с величиной требуемого разрешения и параметрами томографа. стр
- 3. 2. Проверка разрешающей способностм медицинского ЯМР — томографа «Magnetom Impact».стр
- 3. 3. Томографическое исследование фантомов. стр
- 3. 3. 1. Параметры спектра ЯМР. стр
- 3. 3. 2. Особенности протонной магнитно — резонансной снектроскопии. стр
- 3. 3. 3. Принципы пространственной локализации возбуждения сигналов магнитного резонанса. стр
- 3. 3. 4. Влияние химического сдвига частоты резонанса на точность передачи пространственных координат. Вывод уравнения. стр
- 5. Импульсные последовательности для накопления магнитно — резонансных томограмм. стр
- 4. Определение точности передачи пространственных координат при помощи фантомного устройства Ф 28. стр
- 1. Измерение радиальных расстояний четырех экспозиций с помощью программы «MAGNA» по экрану дисплея. стр
- 5. Определение точности передачи пространственных координат при помощи фантомного устройства Ф 4. стр
Исследование влияния химического сдвига на точность передачи координат в МР-томографии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Научно-технический прогресс во всех областях науки неразрывно связан с созданием и эксплуатацией новых видов радиоэлектронной аппаратуры к точности и надежности функционирования которой предъявляются все более высокие требования. Обычно уровень применяемой измерительной техники отражает и уровень создаваемых технических систем. В связи с этим средства измерений непрерывно совершенствуются: они становятся высокоточными, быстродействующими и надежными, что в конечном итоге позволяет получить достоверную информацию о состоянии контролируемых технических параметров.
Этот процесс выражается как в совершенствовании традиционных, так и в создании приборов, основанных на новьк физических эффектах. К таким приборам можно отнести системы, основаны на явлении ядерного магнитного резонанса, в частности ЯМР-томографьг Наряду с широким применением в области медишны и биологи, ЯМР-томографы могут успепшо использоваться и для технических измерений. Явление ядерного магнитного резонанса можно применять для определения профилей деталей сложной формы из немагнитных материалов, измерения труднодоступных размеров и др.
На сегодняшний день в изданиях по измерительной технике вопросы метрологического обеспечения ЯМР-томографов освешаются зесьма слабо.
В настояииие время ЯМР-томографы преимущественно медицинского назначения выпускаются рядом зарубежных фирм, но из-за их высокой стоимости они являются сегодня еще весьма редко встречаемыми приборами.
В последние время перед ЯМР-томографией открываются широкие возможности применения в технической диагностике, а точнее в области измерительной техники. Очень часто возникают сложности при определении различных сложных внутренних профилей ряда предметов или при измерении труднодоступных размеров деталей, когда невозможно применять традиционные методы. Здесь в помощь специалистам может прийти ЯМР-томография.
Актуальность работы:
Метод магнитно — резонансной томографии (МРТ) является к настоящему времени одним из наиболее эффективных методов исследования состояния мягких тканей живого организма.
Высокая диагностическая результативность МР-Томографии обусловлена тем, что контраст изображения зависит от ряда параметров и в том числе от релаксационных параметров локальной протонной намагниченности мягких тканей. Релаксационные параметры и, соответственно, контраст изображения в этом методе непосредственно связаны с особенностями и вариациями биохимического состава клеточных структур живого организма.
Качество томографического изображения определяется такими параметрами как разрешающая способность и контрастность. В практической работе эти параметры приходится ограничивать из-за необходимости минимизировать время проведения экспериментального исследования.
Явление ядерного магнитного резонанса имеет строгое описание на основе законов квантовой механике с учетом таких особенностей как дискретность энергий и соотношения неопределенности для состояний объектов микромира.
В MP-томографии мы имеем дело с макроскопическими объектами. Для вывода соотношений, характеризующих связь между контрастностью и разрешением, с одной стороны, и техническими параметрами томографа, с другой стороны, для наглядности рассмотрения целесообразно представить исследуемый объект в виде суммы элементарных объёмов.
Этим элементарным объёмам Уе1 при итоговой визуализации слоя на экране дисплея ставятся в однозначное соответствие элементарные площади Ре1, имеющие яркость, которая пропорциональна интенсивности ¡—того сигнала.
Разрешение и контрастность томографа будут определяться величиной размера элементарного объёма — Уе1 и интенсивностью ЯМРсигнала, регистрируемого от этого объёма. Величина этого объёма Уе1 (реально от 3-х до 10 ммЗ) практически каждый раз определяется оператором МР-томографа как из соображений требуемого качества томограммы, обеспечивающей получение однозначного медицинского диагноза, так и из необходимости минимизировать время накопления изображения.
МРтомограммы могут содержать некоторые артефакты, которые не имеют анатомического объяснения, а связаны с физическими особенностями данного метода. Для правильного объяснения артефактов требуется хорошо знать как само явление ядерного магнитного резонанса, так и особенности использования этого явления для получения медицинских изображений.
Цель работы:
Целью диссертации является выявление искажении при передаче геометрических координат в ЯМР томографии связанных с различным электронным экранированием веществ.
Задачи исследования:
Для достижения поставленной цели необходимо было разработать фантомные устройства, которые позволяют выявить влияние химического сдвига на передачу пространственных координат в ЯМР томографии.
Научная новизна:
Соискателю неизвестно о подробном исследованию этого явления при помощи специально разработанных фантомных устройств.
Вероятно такие эксперименты выполнены в первые.
Практическая ценность:
Практическая значимость работы заключается в создании методики оценки точности передачи пространственных координат ЯМР томографа (включая разработку фантомных устройств) которая помогает оператором ЯМР томографов (врачам) правильно воспринимать появляющееся на томограммах живых ткани человеческого организма артефакты связанные с различием электронного экранирования веществ.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научной конференции ЦНИРРИ «Актуальные вопросы медицинской радиологии» (г. Санкт Петербург 1998 г.) и на Международной Научно — Технической Конференции «Конверсия приборостроение медицинская техника» (г. Владимир 1999 г.).
Разработанные фантомные устройства были испытаны для контроля искажении из-за химического сдвига на медицинском томографе «Magnetom Impact» фирмы Siemens с магнитным полем.
В = 1 Тл, находящимся во Второй Городской Больницы в г. Санкт Петербурге.
Основное содержание работы.
Изложено в трех главах. Первая глава является обзорной. Вторая глава посвящена разработке макетов поверочных средств. Глава третья посвящена экспериментальным исследованиям влияния химмического сдвига на точность передачи координат с помощью разработанных поверочных устройств.
Во введении:
Показана актуальность проводимых исследовании, сформирована цель работы, изложена ее научная новизна и практическая значимость. Представлены основания выбора области применения результатов работ.
Первая глава:
Обзорная на основе анализа методов и областей применения ЯМР-томографии формируются основные цели диссертационной работы. В ней приводятся тоже основные физические принципы томографии основанной на явлении ядерного магнитного резонанса, рассматриваются некоторые методы построения изображений и технические средства для их реализации, а также рассмотрены реализуемые на практике последовательности импульсов для наблюдения ЯМР-сигналов.
Вторая глава:
Посвящена изготовлению поверочных устройств (фантомов) для контроля влияния химмического сдвига на тоность передачи пространственных координат. В качестве поверочных средств аттестации были изготовлены два устройства Ф4 и Ф28.
Приводится в ней также описание экспериментальной установки.
Третья глава:
Посвящена исследовании влияния химического сдвига на точность передачи пространственных координат в МРТ с помощью разработанных макетов медишнского ЯМР-то-мографа «MAGNETOM IMPACT «(SIEMENS) с магнитным полем 1Тл. Приводится вывод уравне-ния связи интенсивности ЯМР сигнала с величиной требуемого разрешения и параметрами томографа.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.
1. С помощью специально разработанных фантомных устройств обнаружены пространственные сдвиги изображении от протонов: бензола, жира и ацетона относительно воды.
2. Выполнена количественная оценка полученных сдвигов изображении.
3. Выведено соотношение описывающие данное явление.
4. Установлено взаимное соответствие между экспериментальными и теоретическими результатами сдвигов для протонов различного химического экранирования.
Основные результаты диссертационной работы полученные в соответствии с поставленными задачами сводятся к следующему:
1. С целю изучения артефактов, связанных со сдвигом изображения от протонов различного химического положения было проведено расчетно — теоретическое исследование и выведено соотношение, которое позволяет вычислить величину сдвигов АЬ = ВАа / О. Для томографа с полем 1 Тл при использовании частотно кодирующих градиентов от 0,9 мТ/м до 4,9 мТ/м были определены сдвиги изображении от протонов жира, бензола и ацетона относительно изображении от протонов воды.
2. С целю экспериментальной проверки этих эффектов было изготовлено несколько фантомных устройств, которые содержали ампулы с водой, ампулы с растительным маслом, ампулы с бензолом и ацетоном.
3. Экспериментально на томограммах было зарегистрировано, что изображение от протонов бензола сдвигается в противоположную сторону по сравнению со сдвигом изображения от протонов ацетона и растительного масла. Такое явление согласуется с относительным расположением сигналов ЯМР этих веществ относительно сигнала ЯМР воды.
4. Выполнено экспериментальное определение сдвигов изображении от протонов жира относительно протонов воды. Сдвиг при использовании кодирующего градиента 1,3 мТ/м оказался ровным.
2,8 +/- 0,1) мм. Таким образом расчетно — теоретический результат оказался в хорошем согласии с экспериментальным результатом.
5. Выполненная робота позволяет рекомендовать пользователям МР — томографа для уменьшения рассматриваемых артефактов использовать высокие градиенты поля, что однако, в общем случае будет сопряжено с необходимостью расширения полосы частот усиливаемых ЯМР сигналов и с увеличением времени обследования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Список литературы
- Абрагам А, «Ядерный магнетизм», М: 1963.
- Александров И.В. -«Теория ядерного магнитного резонанса». М: 1964. 208 с.
- Александров И.В. «Теория магнитной релаксации», М,: 1975.
- Ацаркин В .А., Скроцкий Г. В., Сороко JIM, Федин Э.И. «ЯМР интроскопия» УФН, 1981, т.135. с. 285 — 315.
- Богданов Т.Н., Кузнецов В.А., JIotohob М.А., Пашков А. Н., Подольский O.A., Сычев Е. Н, «Метрологическое обеспечение и эксплуатадия измерительной техники» М: Радио и связ 1990, 238 с,
- Бородин М.П. «Ядерный магнитный резонанс». учебное пособие-Ленинград: Издание Ленинградского университета. 1982.
- Боттомли П. «ЯМР интроскопия, Методы и применение», -Приборы для научных исследований, 1982. т.53. N 9. с. 13 191 337.
- Брик З.С., Капилевич Д. В., Клецкова H.A.- Фортран 77 для ПЭВМ ЕС. М: Финансы и статистика. 1991, 285 с.
- Иванов В.А., А.с- N 1 112 266, СССР. «Способ определения внутреннего строения материальных объектов». Открытия, изобретения, N 33 (Приоритет от 21 марта 1960 г.)
- Иванов В.А., «Внутривидение (ЯМР интроскопия)». Л.: 1989.
- Иванов В.А., Фролов В. В., Ленков А.А" Биневская О. В., А, с N1490480, СССР. «Устройство для определения профиля поверхности немагнитных объектов». Бюллетейн изобретений, 1989, N24.
- Иванов В.А., Неронов Ю. И., Вольняк К. «К определению рациональных параметров и времени накопления ЯМР-томограммы». Приборостроение (Известия выших учебных заведений), N3. 1990,
- Иванов В.А., Неронов Ю. И., Вольняк К. «К олределению рациональных параметров ЯМР-томографа при использовании серии спин-эхо сигналов». Приборостроение (Известия выших учебных заведений), N 9, 1990.
- Иванов В.А., Неронов Ю. И., Рожек В, «Метрологическое обеспечение ЯМР-тмографии». Международная научно техническая конференция. «Метрологическое обеспечение машиностроительных отрослей промишленности». Тезисы докладов. Минск 1992.
- Корн Г., Корн Т.,"Справочник по математике".М: 1967. 324с.
- Коломбет Е.Л., Таймеры, — М.: 1983, 128 с.
- Леше А, «Ядерная индукция». М-: 1963. 684 с
- Лундин А.Г., Федин Э. И. «Ядерный магнитный резонанс. Основы и применения» Новосибирск: Наука- 1980.
- Лундин Д.Г., Федин Э.И, «ЯМР-спектроскопия. М: Наука. 1985.
- Неронов Ю.И., Рожек В. «Разработка поверочного устройства для контроля характеристик МР-томографа» Приборстроение (Известия высших учебных заведений.), 1992.
- Неронов Ю.И., Джихад Бадур, Ван-Жэнь-чэн, «Разработка приемной резонансной индуктивности для регистрации позвоночника на МР-томографе». Современные достижения медицинской радиологии- тез. докл. научной конференции ЦНИРРИ. СПБ. 1993, с. 47−48.
- Неронов Ю.И., Тютин Л. Д., Джихад Бадур «Способ магнитно -резонансной томографии и устройство для его осуществления».
- Заявка на изобретение, номер госрегистрации 5 068 091, приоритет от 20 июля 1992 г,
- Сликтер Ч. «Основы теории магнитного резонанса». М: 1967. 324 с.
- Сороко JI. M, «Интроскопия на основе ядерного магнитного резонанса» М: Энергоатомиздат, 1986. 168 с.
- Сороко JI. M, «Интроскопия».М-: Энергоатомиздат, 1983. 126 с,
- Троицкий И.Н. «Статистическая теория томографии». М: Радио и связь. 1989, 238 с,
- Фаррар Т, Беккер Э, «Импульсная и Фурье спектроскопия ЯМР» М.: 1973.
- Хермен Г. «Восстановление изображений по проекциям». М: 1983.
- Хиншо У.С., Лент А. Х. «Основы ЯМР визуализации: от уравнения Блоха к уравнению визуализации" — ТИИЭР- - 1983. Т. 71. N3.
- Чжо Э. Х, и другие- «Томография на ЯМР с преобразоваеием Фурье» ТИИЭР, 1982, т.-70, No 10.
- Эмсли Дж., Сатклиф Л, «Спектроскопия ЯМР высокого разрешения» T.l, М.: 1968, с, 630., Т.2. М: 1969, с 468.
- Яворский Б.М., Детлаф А. А. «Справочник по физике» М,: 1965, с. 848.
- Bene G, J, — Phys, Rept., 1980, v, 58, P, 213,
- Bottomley P. A- Proceecilngs of fche International Symposium of Nuclear Magnetic Resonanse Imaging. Dept. of Radiology. Bowman School of Medicine, Winston Salem, 1982, P, 25.
- Bottomley P.A., Andrew E.R., Phys- Med. Biol. 23, 630, 1978.
- Bottomley P.A., J, Phys, E 14, 1081, 1981.
- Bottomley P. A» HinshawW.S., Holland G. N,, Phys, Med. Biol. 23. 309, 1978.
- Bruker NMR tomography sistems for medicine and biomedicine. Medical Report, 1982.
- Carr H.Y., Purcell E.M. Effects of diffusion on free precession in nuclear magnetic resonance experiments. Phys, Rev., 1954, v, 94, P, 630−638.
- Crooks I. F. Selektiue irradiation line scan techniques for NMR-immaging. IEEE Trans., 1980, vol, NS-27, P. 1238−1244.
- DamadianR, et, al.-Science, 1976, v. 194. P. 1430
- Damadian R, et, al.- Naturwissenschabten, 1978. Bd. 65, s.250.
- Garroway A.N., Grannel P.K., Mansfield P, Image formation in NMR by selective irradiative process.- .1. Phys. 6. Solid State Phys., 1974. v. 7. P. L457 L462.
- Golav M.J.E., U. S. Patent Nos. 3, 569, 523- 3. 622, 869,1971.
- Gordon R., Herman G. Т.- Comm. Assoc, Comput. Mach., 1971. v. 14, P. 759.
- Hinshaw W.S. Image formation by nuclear magnetic, resonance: the sensitive point method.- J, Appl. Phvs, 1976, v. 47, P. 3709 — 3721.
- Hlland D.I., Richards R.E. The signal -to noise ratio of the nuclear magnetic resonance experiments. — J • Magn Reson., 1976, v. 24, P. 71−85.
- Hoult D.I., Lauterbur P.C. The sensivity of tche zeugmatographicexperiment involving human samples.- J -Magn. Reson., 1979, v. P.425,
- Hutchison J.M.S. UK Patent Application 7, 934, 864, 1979.
- Hutchison J.M.S., Edelstein W.A. Johnson G. J. Phys, 1980, v. E P. 947.
- По теме диссертации опубликованы следующие работы.