ЯМР - томография гидродинамических потоков жидкости в слабом магнитном поле

• Автор: Тютюкин, Константин Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 106 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР МЕТОДОВ ЯМР-ТОМОГРАФИИ
Принцип получения томографического изображения
Фазовое кодирование
Слой-селектирующий градиент
Томография с применением преобразования Фурье
Разрешение изображения
Дописывание нулями
Цифровая фильтрация
Импульсные последовательности
Шум изображения
Артефакты изображения
ГЛАВА 2 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЯМР-ТОМОГРАФИИ К
ИЗУЧЕНИЮ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ
Модели течения
Проявление эффектов движения в ЯМР
Сравнительная оценка эффективности использования ЯМР-томографии в получении информации о движущихся средах
ГЛАВА 3 ПРОЦЕДУРА ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Математическое описание метода ЯМР применительно к
движущимся средах
Последовательность получения изображения
ГЛАВА 4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НИЗКОЧАСТОТНОГО МАГНИТО - РЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА
ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Томографические изображения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Методы томографии на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР - томография) занимают важное место среди физических методов исследования и визуализации макроскопической структуры объектов благодаря их неинвазивности и разнообразию аспектов отображения свойств объектов. Однако интерпретация получаемой этими методами информации не является тривиальной и существенно зависит от многих факторов, таких как особенности проявления ЯМР в различных классах объектов, наличия движения среды, способов обработки сигналов ЯМР, уровня магнитного поля. Настоящая работа посвящена развитию физических принципов ЯМР - томографии движущихся сред в условиях слабого магнитного поля.
Актуальность темы. В настоящее время достаточно хорошо разработаны принципы ЯМР - томографии в сильном магнитном поле (порядка 1 Тл и выше), что обусловлено возможностью получить большую интенсивность сигнала ЯМР при таком уровне магнитного поля. Методами ЯМР-томографии в основном исследуются объекты, содержащие неподвижные среды, для которых имеет место пропорциональность между яркостью элемента изображения и значением отображаемого параметра в соответствующем элементе объема объекта. Однако, во многих интересных случаях (живые животные и растительные организмы, природные пористые среды, технические объекты) имеет место макроскопическое перемещение жидкости внутри объекта (гидродинамический поток, перфузия, перколяция и др.). Интерпретация томографической информации значительно усложняется, для получения адекватной информации об объекте и характере движения среды приходится применять сложные методы,

требующие приема чрезмерно большого объема данных. Трудности многократно усугубляются в тех случаях, когда эксперименты приходится выполнять в слабых магнитных полях (порядка миллитесла), так как при прочих равных условиях интенсивность сигналов ЯМР может падать на три порядка и более. Тем не менее, при исследовании ряда биологических и геофизических объектов, технических и технологических систем, для которых характерно макроскопическое движение жидкости, невозможно по техническим или экономическим причинам использовать сильное магнитное поле, поэтому проблемы разработки физических принципов ЯМР-томографии движущихся сред с использованием слабого магнитного поля являются актуальными.
Целью диссертационной работы являлось теоретическое и экспериментальное исследование эффектов движения жидкости в компьютерной томографии на основе ядерного магнитного резонанса в слабом магнитном поле. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
- Провести теоретическое рассмотрение влияния движения жидкости на ЯМР - изображение в каналах переменного сечения;
- Разработать и изготовить датчик, приспособленный для изучения потоков жидкости;
- Создать программное обеспечение, управляющее генерацией последовательностей радиочастотных импульсов и импульсов градиентного магнитного поля и приемом сигналов ЯМР и осуществляющее обработку полученных данных, включая реконструкцию магнитно-резонансных изображений;

Два метода могут использоваться или по одиночке или одновременно.
Отсутствие 180° импульса делает последовательности спин эхо чувствительными к статическим неоднородностям магнитного поля, это - большой недостаток. В результате, Мху уменьшится с постоянной времени Т2*, быстрее, чем с истинной Т2. Это проблема может быть частично решена, используя более короткие времена эхо (ТЕ).
Развитие сигнала в течение последовательности градиентного эха может быть рассчитано, используя уравнение Блоха. С надлежащими приближениями (отсутствие неоднородности магнитного поля, отсутствие влияния градиентов и принятие импульсов РЧИ в виде дельта - функций) уравнение Блоха может быть решено аналитически для последовательности градиентного эха. Поперечная также как и продольная намагниченность, Мху(1) и Мг (1), могут быть рассчитаны для любого промежутка времени 1 (0 < I < ТК, где 1 = 0- время, когда воздействует импульс РЧИ).
Сразу после импульса РЧИ, компоненты М имеют вид:
Мхуліосяе Уї\ ,(>С0з(0) + !1Х (Чу1П( с/)
М2>ХІ0СЛЄ — - МддоСоьСа) + Мадо8Іп(а)
Мхудо поперечная намагниченность как раз перед импульсом РЧИ и М2.до, чем - соответствующая продольная намагниченность. Таким же образом Мхудюсде и М/после - намагниченности прямо после импульса РЧИ. Уравнения описывают вращение вектора намагниченности, вызванного импульсом РЧИ.
Во время 1 после импульса РЧИ, намагниченности Му(г) и Мх(1):
(1.30)
(1.31)