автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Исследование пространственных искажений у ряда ЯМР - томографов, используемых в медицинской практике

Обозначения и сокращения, использованные в работе.„.

Введение.

1. Явление ядерного магнитного резонанса.

2. Физико-технические основы получения

MP- изображения.

2.1. Процесс релаксации.

2.2. Последовательности импульсов.

2.3. Реконструкция изображения по проекциям.

2.4. Основной принцип импульсной

Фурье - визуализации ЯМР.

2.5. Методы формирования MP - изображений.

2.6. Система приема и детектирования

ЯМР - сигналов.

2.7. Связь между изображением и распределением плотности спинов.

2.8. Артефакты.

2.9. Аппаратура для МРТ.

2.10. Технические средства МРТ.

2.11. Безопасность больного и персонала.

3. Принципы передачи координат в МРТ.

3.1. Передача координат в линейном приближении.

3.2. Передача координат при наличии нелинейностей.

4. Экспериментальные исследования.

4.1. Изготовление поверочного устройства для МРТ.

4.2. Исследование томографа VICTRA (General Electric).

4.3. Исследование томографа Magneton Impact (Siemens).

4.4. Исследование томографа Maletón Vesion (Siemens).

4.5. Исследование томографа Magneton Open (Siemens).

4.6. Исследование томографа Magneview (Instrumentan um). .J

5. Основные результаты работы.

Техническое оснащение медицинской диагностики постоянно претерпевает изменения, которые связаны с общим прогрессом в технологии получения информации об окружающем мире. Особенно ощутимы продвижения за последние десятилетия произошли в медицинской интроскопии - в разделе диагностики, связанной с использованием методов и устройств для исследования внутренних органов пациентов, которые не могут быть проанализированы визуально. Возможности такого анализа появились в связи с использованием для получения изображений различных физических явлений и прежде всего тепловых, электромагнитных и ультразвуковых. Новые возможности в визуализации органов и систем живых организмов открывает магнито - резонансная томография (МР - Томография), в основе которой лежит явление магнитного резонанса (ЯМР) [1,2].

Накопленный к настоящему времени опыт свидетельствует о несомненных достоинствах этого диагностического метода. В частности, обеспечение высокого разрешения и высококонтрастного изображения практически всех тканей и систем человеческого организма, возможность визуализации труднодоступных областей человеческого тела, например, задней черепной ямки головы, наблюдать которые неинвазивными методами до внедрения МР-томографов вообще не удавалось [7]. МР - томография позволяет поставить диагноз многих заболеваний на более ранних стадиях их развития, чем другие методы. Здесь не используются источники ионизирующего излучения и поэтому МР - томография практически безопасна для обследуемых пациентов.

Настоящая работа посвящена исследовании пространственных искажений из -за неоднородностей магнитного поля или нелинейностей кодирующих полей в МРТ. Целями данной работы являются :

- Разработка поверочного устройства для контроля пространственных искажений в МР - томографах

- Экспериментальное исследование точности передачи пространственных координат ряда медицинских МР — томографов.

АВТОРСКИЕ ПРАВА

Авторские права на материал представленный в настоящей работе, имеют Роберт Цели и Неронов Юрий Ильич. Использование материала третьими лицами для публикации без согласия авторов не разрешается . (Статья 18, 150 ГК РФ).

5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработано поверочное устройство, которое содержит одинаковые по размерам ампулы кругового сечения и имеет наполнение, имитирующее ткани живого организма. Ампулы расставлены в виде матрицы - девять рядов по девять ампул (81 ампула). Устройство предназначено для контроля пространственных искажений с погрешностью 0,2 мм в области 430 х 430 мм , возникающих при передаче пространственных координат MP -томографов.

2. Исследован томограф Victra фирмы General Electric со средним полем сверхпроводящего магнита (В = 0,5 Тл). В центральной зоне искажения отсутствуют. Для нижнего ряда ампул (с отклонением от центра магнитной системы на 200 мм и более) радиусы продольного направления для ряда ампул были зарегистрированы уменьшенными на 20 %, а для крайних боковых ампул радиусы увеличились на 40 %. Кроме этого, регистрируется наклон линии расположения для верхнего ряда из девяти ампул на угол 3,5°.

3. Исследован томограф Magnetom Impact фирмы Siemens с высоким магнитным полем (В = 1 Тл). Установлено, что в центральной зоне искажения отсутствуют. При отклонении от центра магнитной системы на 200 мм и более регистрируется ряд пространственных искажений. Например, для самых крайних ампул на первом ряду поверочного устройства радиусы продольного направления увеличились на 16 % и сечения ампул выглядят эллипсоидальными. Радиусы для крайних ампул (Ai9, А99) последнего ряда уменьшились на 8,3 %. На изображениях этого томографа хорошо заметно искажение в виде изгиба линии расположения для крайних радов из девяти ампул.

4, Исследован томограф Magnetom Vision фирмы Siemens с высоким магнитным полем (В = 1,5 Тл). В этом случае основное ноле магнита имеет наиболее высокую однородность, чем у других аппаратов города Регистрируются пространственные искажения, которые обусловлены нелинейностью кодирующих магнитных градиентов. Для самых крайних ампул (удаленных от центра магнита на 2Ю мм) регистрируется увеличение радиусов ампул на 20 %. Расстояния между центрами этих крайних ампул на томограмме увеличены на

5 % по сравнению с аналогичными расстояниями для ампул центрального рада

5. Исследовано два томографа MAGNETON OPEN фирмы SIEMENS. Для этих аппаратов основное магнитное поле обеспечивается электромагнитами. Центральная область магнита имеет высокую однородность. Для крайних ампул поверочного устройства регистрируются искажения, которые более значительны, чем при использовании сверхпроводящих соленовдов.

По направлению "МР-Томография" автором опубликованы или направлены в редакцию следующие работы:

1. Неронов Ю.И., Цели Р., Шпак Р., " Динамика расхода жидкого гелия при потере рефрижераторных свойств охладителя магнита томографа". Материалы научной конференции ЦНИРРИ, "Актуальные вопросы медицинской радиологии." г. Санкт Петербург 17 - 18 июня 1998 г, с. 100.

2. Иванов В.А., Неронов Ю.И., Цели Р., Шпак Р., " Разработка дополнительного рабочего места оператора МР или К -томографа". Материалы Международной Научно - Технической Конференции,

Конверсия приборостроение медицинская техника " г. Владимир 6-8 октября 1999 г, с. 46.

3. Иванов В.А., Неронов Ю.И., Цели Р., Шпак Р., " Исследование расхода жидкого гелия при потере рефрижераторных свойств охладителя магнита томографа". Материалы Международной Научно - Технической Конференции, "Конверсия приборостроение медицинская техника " г. Владимир - 8 октября 1999 г, с. 48.

4. Неронов Ю.И., Иванов В.А., Парамонов П.П., Цели Р., Шпак Р.

Исследование погрешности передачи линейного размера в магнитно-резонансной томографии". Журнал Российской Академии Наук «Научное приборостроение». Изд. Института приборостроения РАН (Принято к опубликованию).

1. Якобсон M.F., Юреяев А.П., Рудых С.Б. и др. Введение в МР-томографию. Новосибирск, 1991.

2. Корнеинко В.Н., Рушанов И.И., Цыб А.Ф. и др. Ядерно-магнитный резонанс в медицине. Москва, 1985.

3. С. Уэбб. Физика визуализации изображений в медицине (первый и второй том). М. Мир. 1993.

4. Холи и А. В. Магнитная РТ: Магнитная резонансная томография: основы получения и интерпретация изображения. СПБ.:СПБМА. 1994.

5. Холин А. В. Магнитная резонансная томография при заболеваниях нервной системы. СПБ. 1999.

6. Кашихин B.C. Электромагнитные системы ЯМР- томографии. СПБ .1989

7. Рахматов М. Т. Методы селективного выделения плоскостей в ЯМР-томографии. СПБ. 1995.

8. Макаров А.Ю., Шелудченко Ф.И., и др. Псевдотуморозное течение ишемических миелопатий //Вопр. Нейрохир. -1990.-№ 5.-С.23-25.

9. Макаров А.Ю., Холин A.B., Крицкая Л.А. Метод магнитно-резонансной томографии в диагностике сирингомиелии // вопр. нейрохир.- 1991.-М 6.-C.18-2L

10. Бульган Ф. В. Томогрфические методы анализа пространственно-спектральной структуры объектов и процессов. СПБ. 1993.

11. П. Марусина М. Я. Коррекция неоднородности основного магнитного поля MP- томографа на постоянных магнитах. СПб. 1993.

12. Крусткин В. И. Методы и аппаратные средства ЯМРтомографии. М. 1991.

13. Михайлов В.А. Технология магнитно-резонансной томографии. /

14. Журн. Вестник рентгенологии и радиологии № 1, 1994.

15. Мантуров О.В. Курс вышей математики Москва 1991.

16. Игнатьева А.В., Краснощекова Т.И., Смирнов В.Ф. Курс высшейматематики Москва 1978.

17. Biomedical Magnetic Resonance Imaging: Principles, Metodology,and Application / Eds F. W. Wehrii 1997.

18. NRPB:. Board statement on clinical magnetic resonance diagnostic procedures. Document of the National Radiology Protection Board. -Vol. 2.- Oxon: Chilton Dideot,1991.

19. Edelstein W. A., Hutchison J. M. S., Johnson G., Redpath T. W. // Phys. Med. Biol. 1990. - Vol. 25.- P. 751-758.

20. HenkelmanR.M., Bronskill M.J. //Rev. Magnet. Reson. Med. 1997. -Vol. 2, N1.-P. 1-126.

21. Lavayssiere R. // Diagn. Imag. Intern. 1990. March/ Aoril. - P. 5254.

22. CL. GUINE, J. GRELLET/ Introduction a FIRM, de la theorie a la oratique, MASSON 1992/

23. G. KORACH, T. MUNIER, J. VIGNAUD/ Manuel de Flmagerie par Resonance Magnetique.

24. N. Vasile. IRM corps entiere .Vigot 1990

25. P. Bourjat. J. F. Rodier. Collection d'imagerie radiologique (IRM du pelvis). Paris, 1989.

26. Veillon, F. Bourjat, Pierre. Imagerie radiologique tete et cou. Paris, Vigot. 1995.