способ компенсации внешних магнитных полей помех при создании магнито-резонансного изображения и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ компенсации внешних магнитных полей помех при создании магниторезонансного изображения, включающий в себя измерение одной из характеристик внешнего магнитного поля помехи и преобразование ее в электрический сигнал, который усиливают и передают в область действия рабочего магнитного поля, где указанный электрический сигнал преобразуют в магнитное поле с индукцией, по величине равной индукции внешнего магнитного поля помехи и направленной ей навстречу, причем измеряют составляющую указанной характеристики внешнего магнитного поля помехи, действующую параллельно направлению рабочего магнитного поля, отличающийся тем, что в точке, находящейся вне области действия рабочего магнитного поля, измеряют величину составляющей индукции внешнего магнитного поля помехи, а соответствующий ей электрический сигнал после усиления передают кроме области действия рабочего магнитного поля еще и в точку измерения, где его также преобразуют в магнитное поле, компенсирующее внешнее магнитное поле помехи, причем дополнительную защиту указанной точки измерения от влияния соответственно ориентированных составляющих поля рассеяния основного магнитного поля и градиентных магнитных полей МРИ-системы, действующих в ее области, осуществляют аналогичным преобразованием электрического сигнала, представляющего собой сумму сигналов, пропорциональных величинам соответствующих составляющих индукции указанных магнитных полей, в корректирующее магнитное поле.

2. Устройство компенсации внешних магнитных полей помех в МРИ-системе, содержащее детектор магнитного поля помехи, а также последовательно соединенные усилитель и первую компенсационную катушку, отличающееся тем, что детектор магнитного поля помехи выполнен в виде магнитометра с феррозондом, размещенным вне области действия рабочего магнитного поля МРИ-системы так, что его ось чувствительности направлена параллельно направлению действия указанного поля, первая компенсационная катушка выполнена соразмерной полюсам основного магнита МРИ-системы и расположена внутри области действия рабочего магнитного поля и, кроме того, в него введены вторая компенсационная катушка, источник тока компенсации поля рассеяния, четыре преобразователя величины тока, сумматор токов и блок безмоментных катушек, причем феррозонд подключен к входу магнитометра, выход которого соединен с входом усилителя, конец обмотки первой компенсационной катушки соединен с началом обмотки второй компенсационной катушки, вход блока безмоментных катушек соединен с выходом сумматора токов, входы которого соединены с выходами четырех преобразователей величины тока, входы которых соединены соответственно с выходом генератора токов градиентных катушек МРИ-системы и источником тока компенсации поля рассеяния рабочего магнитного поля МРИ-системы, выход блока безмоментных катушек и конец обмотки второй компенсационной катушки соединены с шиной нулевого потенциала устройства, а феррозонд магнитометра конструктивно размещен внутри блока безмоментных катушек, который, в свою очередь, соосно расположен внутри второй компенсационной катушки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок безмоментных катушек включает в себя две соосно расположенные катушки, причем начало обмотки внутренней катушки является входом блока безмоментных катушек, конец обмотки внутренней катушки соединен с концом обмотки внешней катушки, начало обмотки которой является выходом блока безмоментных катушек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится, к области измерений переменных магнитных величин и может быть использовано в системах создания магниторезонансного изображения (МРИ).

Известен способ коррекции рабочего магнитного поля при создании МР -изображения (и устройство для его осуществления), с помощью которого фиксируют значения магнитного поля за одно (или более) время повторения интервала сканирования в МРИ-цикле и затем корректируют полученное изображение с помощью программных средств обработки данных, формирующих изображение. (Патент США N 4970457, кл. G 01 R 33/20, 1990). Недостатками указанного способа является то, что с его помощью возможно осуществление компенсации только низкочастотных составляющих магнитного поля помехи, поскольку дискретное измерение значений индукции магнитного поля не позволяет отследить ее быстрые изменения, и, кроме того, введение дополнительных замеров значения индукции магнитного поля и корректировки изображения приводит к усложнению программных средств для его осуществления.

Наиболее близким к предложенному является устройство и способ стабилизации рабочего магнитного поля при создании магнито- резонансного изображения, при котором величина скорости изменения индукциивнешнего магнитного поля помехи преобразуется в электрический сигнал, который после усиления поступает в область действия рабочего магнитного поля, где с помощью корректирующего контура преобразуется в соответствующую величину индукции компенсирующего магнитного поля. (Опубликованная заявка РСТ/US N WO 92/18873, кл. G 01 R 33/20, 1992). Недостатком указанного технического решения является то, что применение в нем индукционного датчика, измеряющего скорость изменения величины индукции магнитного поля, позволяет осуществить достаточно полную компенсацию магнитных полей помех, частота изменений которых выше 1 Гц.

Однако на качество томограмм, получаемых в помощью МРИ -систем, существенное влияние оказывают нестабильности их рабочего магнитного поля, создаваемые за счет внешних магнитных полей, изменяющихся как в диапазоне частот от нуля до 1 Гц (например, от силовых цепей постоянного тока, проходящих неподалеку трамвайных и троллейбусных линий, или от движения большой магнитопроницаемой массы листа), так и на более высоких частотах (например, от переменного магнитного поля, создаваемого токами промышленной частоты вплоть до ее третьей гармоники).

Техническим результатом изобретения является получение с помощью предложенного способа и осуществляющего его устройства возможности компенсации внешних магнитных полей помех аппаратными, средствами в диапазоне частот от нуля до 150 Гц в реальном масштабе времени.

Технический результат в предложенном способе достигается тем, что измеренную величину индукции внешнего магнитного поля помехипреобразуют в электрический сигнал, который усиливают и передают в область действия рабочего магнитного поля, где указанный электрический сигнал преобразуют в магнитное поле с индукцией, по величине равной индукции внешнего магнитного поля помехи и направленной ей навстречу, причем измеряют составляющую величины индукции внешнего магнитного поля помехи, действующую вдоль направления оси, параллельной направлению рабочего магнитного поля, в точке, находящейся вне области действия рабочего магнитного поля, а электрический сигнал, соответствующий величине этой составляющей, после усиления передают кроме области действия рабочего магнитного поля еще и в точку измерения индукции, где его также преобразуют в магнитное поле, компенсирующее влияние внешнего магнитного поля помехи. Защиту указанной точки измерения индукции от влияния соответственно ориентированных составляющих поля рассеяния рабочего магнитного поля и градиентных магнитных полей МРИ системы осуществляют аналогичным преобразованием электрического сигнала, представляющего собой сумму сигналов, пропорциональных величинам индукции указанных магнитных полей, в соответствующее компенсирующее поле.

Технический результат в устройстве, осуществляющем предложенный способ, достигается тем, что в МРИ системе, содержащей дополнительно детектор магнитного поля помехи, усилитель и первую компенсационную катушку, детектор выполнен в виде магнитометра с феррозондом, размещенным вне области действия рабочего магнитных полей, в соответствующее компенсирующее поле.

Технический результат в устройстве, осуществляющем предложенный способ, достигается тем, что в МРИ, содержащей дополнительно детектор магнитного поля помехи, усилитель и первую компенсационную катушку, детектор выполнен в виде магнитометра с феррозондом, размещенным вне области действия рабочего магнитного поля системы так, что его ось чувствительности направлена параллельно направлению действия указанного поля, первая компенсационная катушка выполнена соразмерной полюсам основного магнита МРИ системы и расположена внутри области действия рабочего магнитного поля, и, кроме того, введены вторая компенсационная катушка, источник тока компенсации поля рассеяния, четыре преобразователя величины тока, сумматор токов и блок безмоментных катушек, причем феррозонд подключен к входу магнитометра, выход которого соединен с входом усилителя, к выходу которого подключена цепь из последовательно соединенных первой и второй компенсационных катушек, блок безмоментных катушек соединен с выходом сумматора токов, входы которого соединены с выходами четырех преобразователей величины тока, входы которых соединены соответственно с выходом генератора токов градиентных катушек МРИ - системы и источником тока компенсации поля рассеяния рабочего магнитного поля, а феррозонд магнитометра конструктивно размещен внутри блока безмоментных катушек, который в свою очередь соосно расположен внутри второй компенсационной катушки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства компенсации внешних магнитных полей помех при создании магнито-резонансного изображения.

Устройство содержит магнитометр 1 с феррозондом 2, усилитель 3, первую и вторую компенсационные катушки 4, 5, источник 6 тока компенсации поля рассеяния, преобразователи 7.1 7.4 величины тока, сумматор 8 токов, блок 9 безмоментных катушек, в который входят две катушки 10, 11. Кроме того, на чертеже показаны участвующие в работе устройства генератор 12 токов градиентных катушек и основной магнит 13 создания рабочего магнитного поля МРИ системы. Выход магнитометра 1 соединен с входом усилителя 3, выход которого подключен к последовательно соединенным компенсационные катушки 4, 5, источник 6 тока компенсации поля рассеяния, преобразователи 7,1.7,4 величины тока, сумматор 8 токов, блок 9 безмоментных катушек, в который входят две катушки 10, 11. Кроме того, на чертеже показаны участвующие в работе устройства генератор 12 токов градиентных катушек и основной магнит 13 создания рабочего магнитного поля МРИ-системы. Выход магнитометра 1 соединен с входом усилителя 3, выход которого подключен к последовательно соединенным компенсационным катушкам 4, 5, а выходы генератора 12 градиентных токов и источника 6 тока компенсации поля рассеяния подключены через соответствующие преобразователи 7,1.7,4 к входам сумматора 8 токов, выход которого соединен с блоком 9 безмоментных катушек. Конструктивно первая компенсационная катушка 4 выполнена соразмерной полюсам основного магнита 13 и расположена внутри области действия рабочего магнитного поля так, чтобы сформированное ею компенсирующее магнитное поле было направлено навстречу внешнему магнитному полю помехи, а феррозонд 2 магнитометра 1 установлен внутри диагностической комнаты, в которой находится основной магнит 13 МРИ системы, но вне области действия его рабочего магнитного поля и размещен внутри блока 9 безмоментных катушек, который свою очередь соосно расположен внутри второй компенсационной катушки 5, при этом ось чувствительности феррозонда 2 направлена параллельно направлению рабочего магнитного поля магнита 13.

В качестве магнитометра в предложенном устройстве может быть использован феррозондовый магнитометр переменных полей, приведенный в книге Ю. В. Афанасьева "Феррозондовые приборы". Ленинград. Энергоатомиздат, 1986, с. 109, 110, рис. 4. 2.

Устройство работает следующим образом.

Относительно рабочего магнитного поля, направленного, например, по оси Z, магнитное поле помехи может иметь любое направление однако влияние на формирование искажений магниторезонансного изображения практически оказывает только то, которое также направлено вдоль оси Z. Устройство компенсирует пространственно однородное магнитное поле помехи, источник которого находится на некотором расстоянии от области рабочего магнитного поля. Феррозонд 2, осьчувствительности которого направлена параллельно оси Z, размещается в точке влияния магнитного поля помехи, но вне области рабочего магнитного поля. Влияние на феррозонд 2 поля рассеяния рабочего магнитного поля и переключаемых градиентов магнитного поля компенсируется с помощью соответствующих токовых сигналов, поступающих от генератора 12 и источника 6 через преобразователи 8.1.8.4 и сумматор 8 на блок 9 безмоментных катушек, который формирует требуемое компенсирующее магнитное поле и устанавливает магнитометр 1 в нулевое положение. Феррозонд 2 измеряет индукцию магнитного поля помехи, величина которой с помощью магнитометра 1 преобразуется в соответствующий электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на первую компенсационную катушку 4, конструктивно размещенную в области действия рабочего поля основного магнита 13, и обеспечивающую выбором фазы отрицательную обратную связь, с помощью которой производится формирование магнитного поля, компенсирующего магнитное поле помехи. Последовательно к первой компенсационной катушке 4 подключена вторая компенсационная катушка 5, соосно охватывающая феррозонд 2 и соответствующим образом стабилизирующая магнитное поле в точке его расположения. Одновременная стабилизация магнитного поля в области основного магнита 13 и феррозонда 2, обеспечивается одинаковой величиной тока, проходящего через обе последовательно соединенные компенсационные катушки 4. 5 в одном направлении и их одинаковыми коэффициентами преобразования ток индукция. Магнитометр 1 в данном случае работает в режиме нуль-индикатора.