Метод и система для ЯМР-спектроскопии тканей головного мозга и вычисления концентрации метаболитов

• Автор: Гарайбех, Зияд Мохаммад
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 124 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. ЯМР спектроскопия и ЯМР томография, как методы исследования биологических объектов

1.1. Ядерный магнетизм и ядерная магнитная восприимчивость

1.2. Уравнения Блоха в магнитном резонансе

1.3. Оценка величины ЯМР-сигнала

1.4. Суммирование ЯМР-сигналов

1.5. Влияние скорости восстановления намагниченности на время накопления томограммы

1.6. Режим накопления томограмм с узкополосным частотным подавлением

1.7. Типичная структура ЯМР-томографа

1.8. Томографы медицинского назначения
Постановка задач исследования
Глава 2. Методы пространственно локализованной ЯМР спектроскопии в исследовании метаболитов головного мозга
2.1. Пространственная локализация исследуемого объекта
2.2. Импульсные последовательности, реализующие пространственную локализацию
2.3. Подавление ЯМР сигнала от протонов воды
2.4. Метаболиты тканей мозга, доступные протонной МРС
Выводы
Глава 3. Аппаратно-методические аспекты улучшения
разрешения ЯМР спектроскопии с пространственной локализацией исследуемой области

3.1. Томографическая аппаратура и реализация режима спектральных исследований
3.2. Визуализация неоднородности магнитного поля в области пространственной локализации и подавление сигналов воды в спектрах ЯМР
3.3. ЯМР спектры тканей белого вещества
головного мозга
3.4. Исключение систематических погрешностей и основные соотношения для программы обработки числовых массивов ЯМР спектроскопии с пространственной локализацией
3.5. Алгоритмизация процесса обработки ЯМР-сигналов
интерферограмм
Выводы
Глава 4. Методика расчета концентрации метаболитов в режиме
спектральных исследований на ЯМР томографе
4.1. Результаты определения концентрации метаболитов
Выводы
Основные результаты работы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
ЯМР-спектроскопия высокого разрешения позволяет регистрировать сигналы от низкомолекулярных соединений in vivo, если временная химическая стабильность молекул превышает 0,003 с. По этой причине в биологических тканях, содержащих тысячи сложных соединений, молекулярные группы которых участвуют в процессах химического синтеза и распада, лишь некоторые достаточно стабильные низкомолекулярные соединения регистрируются ЯМР-спектрометром.
Современные ЯМР-томографы с высоким полем, как правило, комплектуют приставками для ЯМР-спектроскопии. Это позволяет выполнять сравнительный анализ ряда доступных для регистрации веществ, образующихся в результате процессов метаболизма (метаболитов). Оценка содержания метаболитов мозга по спектрам живого объекта выполняется двумя различными способами. Первый использует только экспериментальные отношения интенсивностей ЯМР-сигналов. Отношения получают непосредственно из измеренного спектра. Второй способ основывается на расчетах абсолютных концентраций метаболитов, в этом случае требуется использование опорного сигнала. В первом случае толковать спектральные изменения надо с осторожностью, поскольку использование отношений обменных веществ в некоторой степени понижает результативность анализа. Пиковое отношение, показывающее параллельные сдвиги концентраций, при развитии патологии может оставаться в пределах нормального диапазона отношений, хотя содержание каждого вещества фактически увеличивается или уменьшается. По этой причине, пиковое отношение должно быть объединено с определением абсолютной концентрации. Однако, для определения абсолютных концентраций с указанием погрешности результатов требуется усложнение экспериментальной методики и разработка дополнительного программного обеспечения.

экспоненциальную зависимость от времени и характеризуют динамику восстановления вектора намагниченности для простых жидкостей.
Поскольку восстановление вектора намагниченности определяется временем релаксации Т| а сигналы ЯМР затухают с характерным временем релаксации Т2, то для наглядности рассмотрения интервалы 1В, к можно выразить через постоянные Т| и Т2.
Рассмотрим вариант с одновременным накоплением сигналов с т-плоскостей [8]:
к = к + 1в =пТ2 + тТ1 Например, если выбираем п=0,1 и ш=5, то при таких параметрах вектор намагниченности восстанавливается практически полностью. В этом случае можно обеспечить одновременное накопление изображений с пяти плоскостей, используя избирательное по частоте возбуждение соседних слоев. Число накоплений N можно выразить через Г, - время эксперимента:
N = Ур = У(пТ2 + шТ|)
В итоге, амплитуду ЯМР-сигнала, накопленную за 1Л от элементарного объёма, можно выразить уравнением, которое далее можно использовать для оценок:
А = уВ2х[1/(4кТ)]|/2УеК/и[дСсо/Ау)]1/2МпТ2+тТ1)]1/2 (1.7)
Из этого выражения следует, что при прочих равных условиях, образцам с меньшими Т) и Т2 будет соответствовать большая амплитуда накопленного сигнала.
Биологические ткани являются очень сложными молекулярными системами. Формирующие ЯМР-сигнал протоны в подавляющем большинстве принадлежат к протонам молекул воды и протонам групп -СН2-...-СН2- различных липидных структур. Многочисленные другие протоны, входящие в состав сложных биополимерных комплексов, находятся в квазитвердотель-ном состоянии и из-за высокой скорости спинового релаксационного взаимодействия не участвуют в формировании ЯМР-сигналов томографа [23, 26].