что для образцов, длина которых соизмерима с длиной передающей РЧ- катушки,
возникают артефакты на ЯМР- изображениях. Причиной возникновения этих
атерфактов в том, что фазы сигналов, идущих от различных частей образца,
различаются.
СЪЕМ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Отсчитывание аналоговых ЯМР- сигналов ведут на регулярной
последовательности дискретных моментов времени, идущих с тактовым периодом,
который удовлетворяет классической теореме отсчетов. Перед каждым очередным
отсчитыванием производят интегрирование ЯМР- сигнала практически в течение
всего тактового периода. Накопленный сигнал сбрасывают перед началом
очередного цикла накопления. Тактовая частота может достигать 107 Гц, а
диапазон измеряемых частот около 10 кГц. Проинтегрированные сигналы
обрабатывались в аналогово- цифро
4
вом преобразователе, которые принимают вид набора двоичных знаков от 5 до
14 разрядов. Чтобы зафиксировать цепочку цифр, используют быстрое
устройство накопления цифровой информаци.
Компьютер процессор в ЯМР- интроскопии используют для выполнения
дискретного преобразования Фурье большого массива данных, а также для
выполнения других математических операций, которые возникают в процессе
получения ЯМР- изображений. Только в ЯМР- интроскопах прямого сканирования
либо при использовании топического метода искомые данные получают при
помощи простой перетасовки данных в заданном формате. Наибольший объём
вычислений выполняют при использовании проекционно- реконструктивного
метода ЯМР- интроскопии. Большой объём промежуточных данных хранят в
больших системах памяти и возвращают обратно в память после проведения
соответствующих вычислительных операций.
ЯМР- изображения, поступившие из ЯМР- интроскопа, могут быть
подвергнуты апостериорной обработке в целях повышения контраста и качества
изображения, а также для распознавания образов, корреляционного и других
методов диагностики. Подробный анализ методов цифровой обработки ЯМР-
изображений выходит за рамки данной работы.
СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ДАННЫХ
ЯМР- изображения в своем первичном виде отображаются на экране
катодно- лучевой трубки или растрового дисплея, управляемого компьютером.
Изображение на экране катодно- лучевой трубки формируют модуляцией во
времени интенсивности электронного пучка. Чтобы повысить число различных
градаций, используют метод модуляции времени экспозиции. На вход такого
устройства исходные данные поступают в форме слов из 4 бит в эквивалентный
интервал времени экспозиции . С этой целью табличные данные вводят в
запоминающее устройство только для считывания (ROM). Организация последнего
имеет вид 16 слов ( 8 бит, так что любое значение дискретного сигнала в
форме слова из 4 бит в случае 16 градаций яркости адресует одно слово из 8
бит в указанной таблице. Затем слова из 8 бит загружают в восьмиразрядный
счетчик импульсов, который управляется тактовыми импульсами таким образом,
что время необходимое для сброса показателей счетчика импульсов до нуля,
пропорционально логарифму значения дискретного сигнала в соответствии с
законом Вебера( Фехнера для зрения. В таком устройстве тактовая частота
равна 10 МГц , ширина полосы частот дисплея 5 МГц . Формирование ЯМР-
изображения на дисплее с растром 128(128 элементов занимает около 1/4 с.
Цифровой- аналоговый конвентор имеет десятиразрядные слова. Чтобы
отображать на дисплее данные, интенсивность которых превышает заданное
значение, используют параллельно программируемый ROM.
Псевдоцветное ЯМР- изображение найдет широкое применение в клинике,
так как оно облегчает установку точного диагноза и уменьшает напряжение, с
которым должен работать оператор. Псевдоцветное изображение формируют на
цветном телевизионном мониторе. Особый интерес для медицины имеет система
одновременного отображения спиновой плотности f (x) и времен спин-
решеточной релаксации Т1 (х). Вариации Т1 передаются в цветовой шкале, а
спиновая плотность f - в шкале интенсивности. Интерфейс дисплея
синхронизирует управляющие сигналы и постоянно в режиме быстрого обновления
изображения конвентирует цифровые значения интенсивности ЯМР- изображения в
видеосигнал.
5
Фотографические копии ЯМР- изображения можно получить либо непосредственно
с экрана цветного монитора, либо при помощи фотосканера, управляемого
компьютером. На фотобумаге получают как черно- белые, так и цветные копии
ЯМР- изображений. Устройство содержит традиционный графопостроитель,
соединенный через интерфейс с миникомпьютером. Цветная копия ЯМР-
изображения создается при помощи трех источников света различного
спектрального состава, при этом свет доходит до фотографической бумаги
размером 20 ( 20 см через волоконно- оптический кабель. Время получения
монохромной копии ЯМР- изображения составляет 3 минуты , а цветного 12
минут . Имеется возможность уменьшить это время в 3 раза .
ПРИМЕНЕНИЕ ЯМР - ИНТРОСКОПИИ В МЕДИЦИНЕ
При сопоставлении различных методов получения ЯМР- изображений обычно
указывают три характеристических параметра (
1. Отношение сигнала к шуму .
2. Время получения ЯМР- изображения .
3. Пространственное разрешение .
Отношение сигнала к шуму равно отношению ЭДС , индуцированной в приемной РЧ-
катушке , к средней квадратической амплитуде тепловых шумов Un :
S / N = ( / Un ,
где
Un = (4kTcR(()1/2 ;
Tc (( абсолютная температура катушки ; R ( электрическое сопротивление ;
(( ( ширина полосы частот всей приемной системы . Так как ЯМР- сигналы
регистрируют фазово- чувствительным детектором, то в формулу для отношения
S / N входит отношение амплитуд сигналов , а не энергий . ЭДС равна
( ( (В1)ху М (0 Vs ( (0 B0(B1)xyVs ( (02 Vs(B1)xy
при (о ( 5 МГц . В РЧ- катушке соленоидального вида поле В1 для единичного
тока равно
В10 = [pic]( [pic] n (( 1 ,
где а - радиус катушки ; 2b - ее высота ; (0 - восприимчивость свободного
пространства ; n - число витков в катушке. С учетом скин - эффекта
электрическое сопротивление катушки [pic]
R 3/2( ( ( (( a n2) / (2( g) ( n (( 1,
6
где ( - сопротивление катушки ; ( ( 3 - 6 - фактор близости ; ( - толщина
скин-слоя. В области частот (0 ( 1МГц отношение сигнала к шуму измеряется
как степень 7/4 от лармовой частоты . При высоких частотах , когда основные
потери РЧ- мощности происходят в образце , это соотношение переходит в
линейное . Для объектов больших размеров , например для тела человека ,
необходимо учесть скин- эффект и электрическое сопротивление тканей ,
которое равно ( 1( , а толщина скин- слоя составляет 80 мм при (0 = 40 МГц
. Из-за ослабления РЧ- поля угол нутации ( становится функцией глубины z :
( ( / 2 = B10 tp exp(- z/( ).
Разброс угла нутации по глубине компенсируют , выбирая для каждой глубины z
соответствующую амплитуду РЧ- поля.
Моделирующие расчеты эффектов ослабления и сдвига по фазе
электромагнитного поля в различных тканях человека показывают , что в ЯМР-
интроскопах , предназначенных для получения ЯМР- изображений человека ,
частота Лармона не должна быть более 10 МГц .
Тело человека , помещенное в РЧ- катушку ЯМР- интроскопа , можно
рассматривать как электрическое сопротивление с Z = 1.87 ( , которое
включено последовательно с электрическим сопротивлением соленоидальной РЧ-
катушки , имеющей R = =1.56 ( . При этом полное эффективное сопротивление
равно R’ = R + Z = 3.43 ( . Амплитуда шума Un возрастает в [pic] = [pic]
раза . Именно во столько раз (и не больше!) возрастает отношение сигнала к
шуму , если охладить РЧ- катушку до сверхпроводящего состояния .
Приведенная выше оценка отношения сигнала к шуму верна для прямого метода
сканирования , и во всех интегральных и многопланарных методах получения
ЯМР- изображений отношение сигнала к шуму в эквивалентных условиях
значительно выше . Указанный фактор позволяет снизить требуемое время
получения ЯМР- изображения вплоть до 1с.
Важное преимущество методов интроскопии при помощи ядерного
магнитного резонанса в том , что здесь нет ионизирующего излучения . Этот
факт стал решающим стимулом быстрого распространения ЯМР- интроскопов в
клиниках . В процессе съема данных о ЯМР- изображении тело человека
подвергается действию трех агентов : статического магнитного поля ,
переключаемых или осцилирующих градиентных магнитных полей , а также
импульсных радиочастотных полей . Статическое магнитное поле может вызвать
генетические или биохимические эффекты , а также эффекты на клеточном
уровне . Вплоть до индукции магнитного поля 2 Тл указанных эффектов не
наблюдалось . Статическое магнитное поле может изменять скорость
распространения импульсов электрического поля по нервам . Согласно
теоретическим оценкам , изменение указанного фактора на 10% должно
наступить в полях с индукцией 24 Тл и более . В экспериментах ,
проведенных в магнитном поле 2 Тл в течение 4ч никаких изменений в скорости
проводимости нервов обнаружено не было . Искомое явление маскирует эффект
изменения температуры тела . Повышение температуры тела на 0.1( С приводило
к вариациям рассматриваемого фактора на 2 - 4 %.
В сильных магнитных полях наблюдают аномалии в электрокардиограмме сердца .
Страницы: 1, 2, 3
