ЯМР в одном и двух измерениях - Эрнст Р.
ISBN 5-03-001394-6
Скачать (прямая ссылка):
10.1. Классификация методов формирования изображения
Основным недостатком ЯМР является присущая ему низкая чувствительность [10.10, 10.11]. В обычном ЯМР этот недостаток можно обойти с помощью увеличения времени измерения и посредством усреднения сигнала [10.12]. Однако в медицинских приложениях имеющееся в распоряжении время часто ограничивается объектом исследования. Таким образом, первостепенными вопросами являются чувствительность и время формирования ЯМР-изображения. Поэтому для классификации методов формирования изображения целесообразно использовать именно эти две характеристики [10.10].
В полной аналогии с одномерной фурье-спектроскопией (разд. 4.3) чувствительность можно оптимизировать, используя преимущества мультиплексных методов измерения: чем больше элементов объема наблюдается одновременно, тем выше чувствительность.
Существуют четыре возможных типа экспериментов, которые иллюстрирует рис. 10.1.1:
а) Последовательная выборка по точкам. В некоторый момент времени селективно возбуждается и наблюдается единственный выделенный элемент объема [10.13—10.17]. Для того чтобы построить полное изображение, мы должны последовательно просканировать один элемент объема за другим. Методы последовательной выборки по точкам дают прямое изображение без какой-либо промежуточной обработки изображения. Однако в этом случае чувствительность оказывается низкой, а время измерения соответственно большим. Эти 638
Гл. 10. Интроскопия ЯМР
Рис. 10.1.1. Четыре типа экспериментов в ЯМР-интроскопии. а — последовательная выборка по точкам; б — последовательная выборка по линиям; в — последовательная выборка по плоскостям; г — одновременное сканирование всего объема. (Из работы [10.50].)
методы являются особенно ценными, когда необходимо более подробно исследовать локализованную область объекта.
б) Последовательная выборка по линиям 1^. Для увеличения чувствительности возбуждается и наблюдается одновременно целая линия элементов объема [10.18 — 10.37]. С целью получения необходимой дисперсии частот, чтобы различить элементы объема, которые наблюдаются одновременно, вдоль этой линии накладывается градиент статического магнитного поля. Методы последовательной выборки по линиям обычно используют одномерную фурье-спектроскопию для одновременного возбуждения и наблюдения всей линии. Восстановление линейного изображения осуществляется с помощью одномерного фурье-преобразования.
в) Последовательная выборка по плоскостям. Чувствительность можно еще больше увеличить, если возбуждать и наблюдать одновременно плоскость элементов объема [10.38 — 10.49]. В некоторых случаях восстановление изображения в плоскости осуществляется с помощью двумерного фурье-преобразования [10.47, 10.48]. Но имеются случаи, когда необходимо применять другие способы восстановления изображения, например метод реконструкции по проекциям [10.7].
г) Одновременное сканирование всего объема. Наибольшую чувствительность дают методы, в которых одновременно возбуждается и наблюдается весь трехмерный объект. Однако этот метод предъявляет очень высокие требования по отношению к объему информации, которая должна быть получена, и к времени, необходимому для выполнения соответствующих измерений.
" В советской литературе этот метод называется «линейным сканированием». — Прим. перев. 10.2. Последовательная выборка по точкам
639
В последующих разделах, воспользовавшись приведенной выше классификацией, мы рассмотрим наиболее известные методы формирования изображения в ЯМР-спектроскопии.
10.2. Последовательная выборка по точкам
ВЫдел„„ сдельны» элемент обьема , „роТ»же„„ом объект мож-
но с помощью трех различных способов или их комбинаций:
1. Избирательное возбуждение отдельного элемента объема.
2. Неизбирательное возбуждение и избирательное разрушение нежелательной намагниченности.
3. Избирательное наблюдение отдельного элемента объема.
Ниже мы кратко рассмотрим два таких метода. 10.2.1. Метод чувствительной точки
Особенно успешным вариантом последовательной выборки по точкам является метод чувствительной точки, предложенный Хиншоу [10.13 — 10.15]. Он использует неселективные возбуждающие импульсы и расфокусирует нежелательную часть намагниченности с помощью зависящих от времени градиентов магнитного поля.
Принцип метода чувствительной точки демонстрируется на рис. 10.2.1. С целью создания стационарной поперечной намагниченности всех элементов объема на образец действует непрерывная последовательность мощных РЧ-импульсов. Стационарное состояние свободной прецессии первоначально описали Бредфорд и др. [10.51], а также Kapp [10.52], и оно уже рассматривалось в разд. 4.2.5. В стационарном состоянии может поддерживаться самое большее половина равновесного значения намагниченности.
Для выделения чувствительной точки с координатами (ль, уо, Zo) необходимы три знакопеременных градиента. Вдоль оси х прикладывается синусоидально модулированный градиент gx(t) такой, что его узловая плоскость проходит через точкку X = Xo (рис. 10.2.1). Этот градиент модулирует резонансные частоты всех элементов объема, расположенных вне узловой плоскости. Модуляция препятствует формированию стационарной поперечной намагниченности и приводит к разрушению той части намагниченности, которая приходится на области вне плоскости х = Хо. Одновременно накладываются два дополнительных переменных градиента gy(t) и gz(t) с узловыми плоскостями при у = уо и Z = Zo соответственно. Если ис- 640
