63878 (Физический анализ магнитно-резонансных томографов), страница 2
Описание файла
Документ из архива "Физический анализ магнитно-резонансных томографов", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "коммуникации и связь" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "коммуникации и связь" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "63878"
Текст 2 страницы из документа "63878"
где , .
Чтобы понять, как осуществляется управление прецессией, кратко рассмотрим устройство и действие магнитной системы МР-томографа (более подробно речь о ней пойдет впереди). Она представляет собой сложную конструкцию и состоит из главного магнита, градиентных, корректирующих и радиочастотных катушек. Главный магнит служит для создания сильного и однородного магнитного поля. Он может быть выполнен в виде соленоида с током (резистивный магнит). При больших индукциях (свыше 0,5 Тл) потери в таком магните становятся чрезмерно большими. В этом случае применяют сверхпроводящие (криогенные) магниты, охлаждаемые жидким гелием. Их стоимость очень велика, но зато диагностические возможности МР-томографов с такими магнитами намного выше. Применяют также постоянные магниты со слабым полем (0,1- 0,15 Тл).
Корректирующие катушки создают слабые постоянные магнитные поля, предназначенные для компенсации неоднородностей поля главного магнита, которая должна быть не более 10-6 .
Градиентные катушки осуществляют управление процессом выбора и сканирования сечения. При изменении тока в этих катушках очень незначительно меняется основное поле и соответственно изменяется ларморова частота в отдельных точках пространства. Градиентных катушек три: соответственно для создания градиентных полей по осям x, y и z. Особенностью градиентных полей является то, что векторы их напряженностей в любой точке направлены параллельно оси z, т.е. вдоль оси главного магнита, а их абсолютные значения линейно зависят от соответствующей координаты (рис.4).
Рисунок 4. Поля градиентов.
При действии градиентных полей результирующее поле будет равно
или ,
где r- обобщенная координата точки. Градиенту G(r) соответствует ларморова частота
(r) = (H0+Gr), а величина M(t,r) будет определяться выражением, аналогичным (7):
. (8)
Если формировать статический градиент G во время наблюдения сигнала, частота колебаний намагниченности начинает зависеть от r. Эта пространственная зависимость сказывается на характере выходного сигнала. Если сформировать градиентный импульс малой длительности ( << T1, T2), то в выражении (8) можно пренебречь величиной t/T2(r):
. (9)
Величину в (9) можно рассматривать как изменение фазы колебания с частотой 0. Рассмотрим теперь действие ВЧ магнитного поля H1(t) при наличии поля главного магнита. Как было сказано ранее, это поле возбуждается РЧ катушками в поперечном направлении. Будем считать, что оно направлено вдоль оси х и запишем его в виде . Такое поле называют линейно поляризованным. Его можно записать в тождественной форме
+ .
Это выражение представляет собой сумму полей с круговой поляризацией с разным направлением вращения. Причем, при выборе со знаком "минус" в уравнении Лармора ( = -Н), вторая составляющая практически не влияет на прецессию ядер и ею можно пренебречь. Таким образом,
.
Это поле называется эффективным.
Пусть время действия РЧ импульса намного меньше самой малой постоянной релаксации (минимальное время Т2 тканей составляет 40 мс). Тогда уравнение Блоха будет иметь вид
,
где + , H = H0 + h, h = Gr – вклад градиентной системы. С учетом правила перемножения векторов найдем
- ,
, (10)
.
Для упрощения решения этой системы введем вращающуюся систему координат i, j и k= k, которая вращается с частотой прецессии, т.е. синхронно с вектором намагниченности. При этом одна из проекций может быть равной нулю или оказаться постоянной величиной. Преобразование проекций поясняется с помощью рис.5.
Рисунок 5. Преобразование координат
С помощью зависимостей (11), используя уравнения системы (10), можно получить уравнения для вращающейся системы координат
, (12)
.
Положим в системе (12) = 0. Учитывая 0 = – Н0, имеем Н + 0 = (Н0 +h) – H0 = h. Здесь проявляется необходимость введения знака " минус" в уравнении Лармора. Иначе бы Н + 0 20. Рассмотрим частный случай статического поля (h =0) и воздействия ВЧ поля H1(t). В этом случае система (12) примет вид
, . (13)
Величина имеет размерность угловой частоты. Обозначим . Тогда решениями уравнений (13) будут
(14)
Из соотношений (14) видно, что вектор намагниченности вращается вокруг оси i’ c угловой скоростью . Это вращение относительно медленное и называется нутацией. Угол нутации равен или , - время действия РЧ импульса H1(t). (15)
Таким образом, угол нутации зависит от величины и времени воздействия РЧ импульса. Траектория вектора намагниченности при этом подобна раскрывающемуся вееру (рис.6).
Рисунок 6. Нутация вектора намагниченности.
Наиболее часто применяют РЧ импульсы, которые приводят к повороту вектора намагниченности на 90о и на 180о (90о - и 180о - импульсы).