Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО МАГНИТОРЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА
УСТРОЙСТВО МАГНИТОРЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА

УСТРОЙСТВО МАГНИТОРЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в интроскопической технике, основанной на ядерном магнитном резонансе (ЯМР), в медицине, биологии и физико-химических исследованиях. Сущность изобретения: устройство магниторезонансного томографа с импульсным магнитным полем содержит электромагнит 1 соленоидального типа, имеющий две основную 2 и компенсирующую 3 обмотки, внутри электромагнита расположены шиммирующие (корректирующие) обмотки 4, градиентные обмотки 5, батарею конденсаторов 6, соединенную с источником зарядного тока 7 и разряжаемую через основную обмотку 2 электромагнита 1 с помощью разрядного устройства 8, ЯРМ-датчик магнитного поля 9 со схемой слежения 10, схему усиления и пропускания сигнала 11, шунт 12, источник компенсирующего тока 13, синтезатор частоты 14, передатчик 15, высокочастотный коммутатор 17, соединяющий ВЧ-контур 18 с передатчиком 15 и ВЧ-усилителем (приемником) 16, два аналого-цифровых преобразователя 19, кодирующих ЯМР-сигнал, три градиентных низкочастотных усилителя 20, соединенные с градиентными катушками 5, подсистему управления 21, вырабатывающую основные временные последовательности процессов в томографе и связанную с ЭВМ 22, обеспечивающий управление, накопление данных, их обработку, а также визуализацию. Устройство позволяет уменьшить на порядки величины потребляемой средней энергии, повышает удобства пользования устройством в связи с отсутствием в нем сверхпроводящих систем и в то же время обеспечивает высокое быстродействие и качество получаемых томограмм благодаря высокому значению магнитного поля. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2047871
Класс(ы) патента: G01R33/44
Номер заявки: 92013780/10
Дата подачи заявки: 23.12.1992
Дата публикации: 10.11.1995
Заявитель(и): Российский научный центр "Курчатовский институт"
Автор(ы): Цитович А.П.
Патентообладатель(и): Российский научный центр "Курчатовский институт"
Описание изобретения: Изобретение относится к интроскопической технике, основанной на ядерном магнитном резонансе (ЯМР) и может быть использовано в медицине, биологии и физико-химических исследованиях.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 блок-схема ЯМР-датчика и следящей системы.
Устройство магниторезонансного томографа с импульсным магнитным полем (фиг.1) содержит: электромагнит 1 соленоидального типа, имеющий две обмотки: основную обмотку 2 и компенсирующую обмотку 3, внутри электромагнита 1 расположены корректирующие обмотки 4; градиентные обмотки 5, накопительную конденсаторную батарею 6, соединенную с источником 7 зарядного тока, а разряжаемую через основную обмотку 2 электромагнита 1 с помощью разрядного блока 8; ЯМР-датчик 9 магнитного поля с блоком 10 слежения; блок 11 усиления и пропускания сигнала, шунт 12, источник 13 компенсирующего тока; синтезатор 14 частоты, передатчик 15; высокочастотный (в.ч.) коммутатор 17, соединяющий в.ч. контур 18 с передатчиком 15 и в.ч. усилителем (приемником) 16; два аналого-цифровых преобразователя 19, кодирующих ЯМР-сигнал; три градиентных низкочастотных усилителя 20, соединенные с градиентными катушками 5; блок 21 управления, вырабатывающий основные временные последовательности процессов в томографе и связанный с ЭВМ 22, обеспечивающий управление, накопление данных, их обработку, а также визуализацию. ЯМР-датчик 9 (фиг.2) состоит из сосуда 23 с резонирующей жидкостью, обмотки 24 в.ч. резонансного контура, а также обмотки 25 для создания н.ч. модуляции магнитного поля; усилителя 26 в. ч. колебаний, нагрузки 27 в.ч. контура, с которой снимается ЯМР-сигнал, усиливаемый в.ч. усилителем 28 и демодулируемый детектором 29; фазового детектора 30; н.ч. усилителя 31, на вход которого поступают модуляционные колебания от н. ч. генератора 32; интегратора 33, формирователя 34, элемента 34, элемента И 35.
Устройство магниторезонансного томографа с импульсным полем работает следующим образом.
Перед проведением обследования пациента (фиг.1) заряжается накопительная конденсаторная батарея 6 от источника 7 зарядного тока. После достижения рабочего напряжения на конденсаторной батарее и при условии, что пациент готов к экспозиции, через подсистему управления включается тиратрон разрядного блока 8, при этом в основной обмотке электромагнита начинает нарастать ток, а в рабочей области появляется и увеличивается магнитное поле. Форма импульса магнитного поля определяется параметрами основной обмотки соленоида и накопительной емкости. В момент t1, когда магнитное поле достигает магниторезонансного значения Во cрабатывает ЯМР-датчик 9 магнитного поля и на его выходе появляется сигнал. Эти сигналом открывается блок 11 пропускания, через который с шунта 12 на источник 13 компенсирующего тока начинает поступать напряжение, имеющее форму импульса тока (и поля) основной обмотки. В результате в компенсирующей обмотке 3 создается поле Вком в направлении, обратном полю основной обмотки. Схема регулируется так, что эти поля компенсируются и напряженность рабочего поля Во остается постоянной до момента t2, после которого источник 13 компенсирующего тока отключается.
Для обеспечения повышенной стабильности магнитного поля Во между моментами t1 и t2 предусмотрен блок 10 слежения, управляемый ЯМР-датчиком, он выдает сигнал ошибки также на источник компенсирующего тока. Более детальное рассмотрение схемы слежения приводится ниже.
За время экспозиции (t1 t2) выполняется типичная для ЯМР-томографа операция накопления информации от определенных сечений (слоев) тела пациента. ЭВМ 22 и блок 21 управления вырабатывают "быструю" последовательность импульсов в.ч. и градиентов магнитного поля, которые поступают на передатчик 15, усилители токов градиентных обмоток 20; возникающие в в.ч. контуре 18 ЯМР-сигналы после приемника 16 и кодирования аналого-цифровыми преобразователями 19 передаются в ЭВМ. Заметим, что дальнейшая обработка информации реконструкция изображения выполняется ЭВМ после ее накопления, т.е. вне интервала t1 t2.
Длительность рабочего интервала t1 t2 определяется временем, необходимым для получения и накопления ЯМР-информации. В современных методах с быстрым формированием изображения с ограниченным углом нутации, на которые в основном рассчитывается устройство, информация накапливается за время, меньшее 2,5 с.
В данном устройстве интервал t1 t2 равен длительности уплощенной вершины импульса магнитного поля, которая составляет примерно 1/5 от полупериода Т/2 переходного процесса; компенсируемая величина ΔВ не превышает 5% от амплитуды резонансного значения поля Во. Поэтому параметры цепи батарея конденсаторов основная обмотка магнита должны обеспечивать импульс тока длительностью Т/2 5 (t1 t2) и компенсирующая обмотка должна создавать компенсирующее поле с напряженностью не более 5% от резонансного значения поля Во. Это означает, что энергия, поступающая от источника управляющего тока сравнительно невелика. Заметим, что индуктивность компенсирующей обмотки должна быть меньше индуктивности основной обмотки для того, чтобы следящая система успевала отрабатывать; это требование нетрудно выполнить.
Распределение витков в компенсирующей обмотке магнита желательно иметь таким же, как в основной обмотке. Это важно для обеспечения высокой однородности поля в большом объеме.
В структурной схеме ЯМР-датчика с элементами следящей схемы (фиг.2) от синтезатора 14 частоты на усилитель 26 в.ч. поступают резонансные в.ч. колебания с частотой fо. Они усиливаются и подаются на в.ч. обмотку 24 контура ЯМР-датчика 9, внутри которой находится протонный образец сосуд 23 с водой; магнитное поле в.ч. обмотки перпендикулярно полю магнита Bо, совпадающему с осью Z. Поле Во модулируется низкочастотными колебаниями (5-10 кГц). Для этого имеется модуляционная катушка, в которую поступают низкочастотные колебания от усилителя 31, питаемого от н.ч. генератора 32 модулирующей частоты. Таким образом, на протонный образец датчика воздействует в.ч. поле и модулированное стационарное поле Bo+BmIsinωн, где BmI- амплитуда модулирующего поля, которая устанавливается так, чтобы ширина модуляционного окна 2BmI была больше допустимой нестабильности поля. Тогда при нарастании импульсного поля магнита на выходе детектора 29, подключенного к в.ч. усилителю 28 будут наблюдаться ЯМР-сигналы. В том случае, когда поле точно соответствует резонансу и равно Во, ЯМР-сигнал совпадает с фазой модулирующих колебаний ( ϕ= 0). Если же поле меньше или больше Во, ЯМР-сигнал соответственно отстает или опережает момент, когда ϕ= 0 ЯМР-сигнал с выхода детектора 29 используется для решения двух задач: 1 для определения момента, когда нарастающее магнитное поле достигает значения Во и 2 для стабилизации значения магнитного поля Во в интервале измерения t1 t2.
Для определения момента, когда нарастающее поле достигает Во ЯМР-сигнал с детектора 29 поступает на элемент И 35, на второй вход которого приходит также импульс с выхода формирователя 34, подключенного к генератору н.ч. модуляционных колебаний. Этот импульс возникает в момент прохождения модуляционных колебаний через ноль. Поэтому элемент 35 И срабатывает, когда магнитное поле нарастает до значения Во. Импульс "1" с выхода элемента 35 И открывает блок 11 усиления и пропускания сигнала (фиг.1) с выхода шунта 12, и в компенсирующую обмотку 3 начинает поступать ток от источника 13 управляющего тока.
Для осуществления стабилизации резонансного значения магнитного поля Во ЯМР-сигнал также с выхода усилителя 29 поступает на фазовый детектор 30, на второй вход которого приходят н.ч. модуляционные колебания от усилителя 31. В результате на выходе подключенного к фазовому детектору интегратора 33 образуется сигнал ошибки ±Uош, который также поступает на источник 13 управляющего тока 13 (фиг.1). Этим обеспечивается высокая стабильность резонансного значения поля Во в интервале t1 t2.
Формула изобретения: 1. УСТРОЙСТВО МАГНИТОРЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА, содержащее резистивный элкетромагнит, внутри которого расположены основная обмотка, корректирующие обмотки, градиентные обмотки, высокочастотный контур, подключенный высокочастотным коммутатором к передатчику или приемнику, низкочастотные усилители, соединенные с градиентными обмотками и с выходом блока управления, аналого-цифровые преобразователи, входами подключенные к выходам приемника, а выходами к блоку управления, соединенному с ЭВМ и с передатчиком, а также синтезатор частоты и ЯМР-датчик с блоком слежения, отличающееся тем, что в него введены накопительная конденсаторная батарея, источник зарядного тока, управляемый источник компенсирующего тока, блок усиления и пропускания, разрядный блок с шунтом, в резистивный электромагнит введена компенсирующая обмотка, причем источник зарядного тока соединен с конденсаторной батареей, которая соединена с основной обмоткой электромагнита, которая соединена с разрядным блоком, соединенным с блоком управления, шунт через блок усиления и пропускания соединен с управляемым источником компенсирующего тока, который соединен с компенсирующей обмоткой, блок слежения соединен с ЯМР-датчиком магнитного поля, с управляемым источником компенсирующего тока, а также с блоком усиления и пропускания и с синтезатором частоты.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок слежения с ЯМР-датчиком выполнен в виде двух высокочастотных усилителей, нагрузки, высокочастотного контура, демодулирующего детектора, фазового детектора, низкочастотного усилителя, низкочастотного генератора, интегратора, формирователя и элемента И, а ЯМР-датчик содержит сосуд с резонирующей жидкостью, обмотку высокочастотного резонансного контура, обмотку для низкочастотной модуляции, причем ЯМР-датчик соединен с двумя высокочастотными усилителями, один из которых соединен с синтезатором, а второй с высокочастотным детектором, соединенным с фазовым детектором, второй вход которого соединен через низкочастотный усилитель с низкочастотным генератором, выход фазового детектора через интегратор соединен с управляемым источником компенсирующего тока, выход детектора соединен с входом элемента И, второй выход которого соединен через формирователь с выходом генератора низкочастотных колебаний, а выход элемента И соединен с блоком усиления и пропускания.