CS269568B1

CS269568B1 - the effect of measuring the magnetic pole homogeneity. magnetic resonance tomograph

Info

Publication number: CS269568B1
Application number: CS879063A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Csc Weis; Lubos Ing Csc Budinsky; Ivan Ing Csc Frollo
Original assignee: Weis Jan; Lubos Ing Csc Budinsky; Frollo Ivan
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS906387A1

Abstract

Popisovaný' spůsob merania je určený na rýchle a přesné meranie magnetické) lndukcie stacionárnych magnetických poli zobrazovacích systémov založených na principe jadrovej magnetické) rezonancie. Podstata spůsobu merania spočívá v tom, le fantom v tvare úzkého valca naplněného vodou, vyjadrujúceho skúmanú rovinu stacionárneho magnetického pofa s podstavou kolmou na os z, pričom os ž je rovnoběžné so změnou stacionárneho magnetického pofa sa podrobí aplikácii budlaceho vysokofrekvenčného impulzu a sekvenci! ortogonálnych gradientných magnetických polí v smere osl x a v smere osi y v piatich po sebe idúcich časových intervalech, pričom v prvom inter- : vale~sa spinový systém vybudí deváfdeslat j stupňovým vysokofrekvenčným impulzom, v druhom časovom intervale sa nechá spinový systém vyvíjať len pod vplyvom atacionárneho magnetického pole, v treťom intervale sa na spinový systém aplikuje konstant-· né gradientná magnetické pole v smere osl x a v smere osi y, pričom vo štvrtom intervale sa vytvoří splnové echo konštantným gradientným magnetickým polom v smere osl x opačnej polarity ako v třeťom intervale, pričom v piatom intervale sa nechajú doznief relaxačně deje spinového systému a po uplynutí plateho intervalu sa meracia sekvencia opakuje pri zmenenej dížke druhého intervalu, alebo při zmenenej amplitudě konštantného gradientného magnetického póla v smere osi y tak, že pre každú hodnotu dížky'druhého intervalu sa uskutočniamerania spinových ech pre celý zvolený ■ interval amplitud gradientného.magnetického·pofa v smere osi y, pričom získaná matica spinových ech sa usporiada v jednom smere podlá rastúceho druhého časového intervalu a v druhom smere podlá rastúcej amplitudy gradientného magnetického póla v smere •osi y, pričom rozloženie magnetického pofa sa získá vyhodnotením výslednej trojrozmer ίnej matice získanéj trojrozměrnou Fourieírovou transformáciou nameranej matice splínových ech.The described measurement method is intended for fast and accurate measurement of magnetic induction of stationary magnetic fields of imaging systems based on the principle of nuclear magnetic resonance. The essence of the measurement method is that a phantom in the shape of a narrow cylinder filled with water, expressing the investigated plane of the stationary magnetic field with a base perpendicular to the z axis, while the z axis is parallel to the change in the stationary magnetic field, is subjected to the application of a high-frequency pulse and a sequence of orthogonal gradient magnetic fields in the x-axis direction and in the y-axis direction in five consecutive time intervals, whereby in the first interval the spin system is excited by a ninety-degree high-frequency pulse, in the second time interval the spin system is allowed to develop only under the influence of the stationary magnetic field, in the third interval a constant gradient magnetic field is applied to the spin system in the x-axis direction and in the y-axis direction, whereby in the fourth interval a full echo is created by a constant gradient magnetic field in the x-axis direction of the opposite polarity as in the third interval, whereby in the fifth interval the relaxation processes of the spin system are allowed to decay and after the end of the flat interval the measurement sequence is repeated with a changed length of the second interval, or with a changed amplitude of the constant gradient magnetic pole in the y-axis direction so that for each value of the length of the second interval measurements are made spin echoes for the entire selected interval of amplitudes of the gradient magnetic field in the direction of the y-axis, while the obtained matrix of spin echoes is arranged in one direction according to the increasing second time interval and in the other direction according to the increasing amplitude of the gradient magnetic pole in the direction of the y-axis, while the distribution of the magnetic field is obtained by evaluating the resulting three-dimensional matrix obtained by the three-dimensional Fourier transform of the measured matrix of spin echoes.

Description

CS 269 56Θ B1 1EN 269 56Θ B1 1

Vynález sa týká spůsobu merania homogenity magnetického póla tomografu na pnincípemagnetickej rezonancie. K najdůležitejším požiadavkám kladeným na magnety určené pře NMR tomografiu, resp.spektroskopiu, patří vysoká homogenita stacionárneho magnetického pofa v mieste skúmanéhoobjektu. Obvyklou požiadavkou je, aby homogenita magnetického póla dosahovala hodnotu10"5 až 10"6. Z tohto důvodu meranie homogenity stacionárneho magnetického poTa v súčin-nosti s nastavováním cievkových segmentov elektromagnetu, resp. prúdového magnetickéhokorekčného systému patří k časovo najnáročnejším a najpracnejSím činnostiam při stavběkaždého NMR zobrazovacieho komplexu.The present invention relates to a method for measuring the homogeneity of a magnetic pole of a tomograph on the basis of magnetic resonance. The most important requirements for magnets designed for NMR tomography or spectroscopy are high homogeneity of the stationary magnetic field at the site of the object under investigation. The usual requirement is that the magnetic pole homogeneity reaches a value of 10 "5-10" 6. For this reason, measuring the homogeneity of the stationary magnetic field in conjunction with the adjustment of the coil segments of the electromagnet, respectively. current magnetic correction system is one of the most time-consuming and labor-intensive activities in the construction of every NMR imaging complex.

NajznámejSie spůsoby merania homogenity magnetického póla využívajú sondu NMR a mag-netická indukcia sa meria bod po bode. Tento spůsob je vSak časovo velmi náročný a pokusyurýchlif meranie zvačšením počtu simultánně pracujúcich meracích sond viedli k nepři-měřenému zvyšovaniu zložitosti meracieho zariadenia a v praxi sa neuplatnili. Z tohto dů-vodu boli vyvinuté metody zobrazovania rozloženia magnetickej indukcie v dvojrozměrných,resp. v trojrozměrných objektoch súčasne, bez akéhokolvek pohybu sondy.The most well-known methods of measuring magnetic pole homogeneity employ a NMR probe, and magnetic induction is measured point by point. However, this method is very time-consuming, and attempts to speed up the measurement by considering the number of simultaneously operating measuring probes have led to an inadequate increase in the complexity of the measuring device and have not been applied in practice. For this reason, methods of visualizing the distribution of magnetic induction in two-dimensional, respectively two-dimensional, and magnetic in three-dimensional objects simultaneously, without any probe motion.

Tieto metody sú založené na metodách NMR zobrazovania. Využívajú skutočnosť, žepriestorovo zakódovaný signál jadrovej magnetickej rezonancie obsahuje informáciu nie-len o hustotě rezonujúcich jadier, ale aj o nežiadúcich zložkách magnetického póla.Ooteraz známe spůsoby merania homogenity magnetického póla pomócou NMR zobrazovania vy-žadovali okrem 90° budiaceho vysokofrekvenčného impulzu aj 180° širokopásmový impulz.These methods are based on NMR imaging techniques. They utilize the fact that the spatially encoded nuclear magnetic resonance signal contains information about not only the resonant core density but also the unwanted magnetic pole components. In addition to the 90 [deg.] Excitation high frequency pulse, 180 [deg.] Wideband impulse.

Použitie 180° širokopásmového impulzu je však podmienené inštaláciou vysielača s výkonom2 3 10 - 10 W, čo sl vyžaduje nielen vyášie cenové nároky na merací systém ale aj dodržia- vanie přísných bezpečnostných predpisov už při inštalácii NMR tomografu do prevádzky.However, the use of a 180 ° broadband pulse is conditioned by the installation of a transmitter with a power output of 2 10 10 - 10 W, which requires not only the pricing requirements for the measuring system but also compliance with strict safety regulations when installing the NMR tomograph.

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spůsob merania homogenity magne-tického póla tomografu na principe magnetickej rezonancie podlá vynálezu, ktorého pod-stata spočívá v tom, že fantom v tvare úzkého valca naplněného vodou, vyjádrujúceho skú-manú rovinu stacionárneho magnetického póla s podstavou kolmou na os z, pričom os z jerovnoběžná so smerom stacionárneho magnetického póla sa podrobí aplikácii budiaceho vy-sokof rekvenčného impulzu a sekvencii ortogonálny.ch gradientných magnetických polí v sme-re osi x a v smere osi y v piatich po sebe idúcich časových intervaloch, pričom v prvomintervale sa spinový systém vybudí devafdesiat stupňovým vysokofrekvenčným impulzom,v druhom časovom intervale sa nechá spinový systém vyvíjaf len pod vplyvom stacionárnehomagnetického póla, v trefom intervale sa na spinový systém aplikuje konštantné gra-dientově magnetické pole v smere osi x a v smere osi y, pričom vo štvrtom intervale savytvoří splnové echo konštantným gradientným magnetickým pofom v smere osi x opačnej po-larity ako v treťom intervale, pričom v platom intervale sa nechajú doznieť relaxačnědeje spinového systému a po uplynutí piateho intervalu sa meracia sekvencia opakuje přizmenenej dížke druhého intervalu, alebo při zmenenej amplitúde konštantného gradientnéhomagnetického pol’a v smere osi y tak, že pre každú hodnotu dížky druhého intervalu sa us-kutočnia merania spinových ech pře celý zvolený interval amplitúd gradientného magne-tického póla v smere ,osi y, pričom získaná matica spinových ech sa usporiada v jednomsmere podlá rastúceho druhého časového intervalu a v druhom smere podlá rastúcej ampli-túdy gradientného magnetického pofa v smere osi y, pričom rozloženie magnetického pol’a sazíská vyhodnotením výslednej trojrozměrněj matice, získanej trojrozměrnou Fourierovoutransformáciou nameranej matice spinových ech. Výhodou popísaného spůsobu merania homogenity magnetického pofa tomografu na prin- cipe magnetickej rezonancie je v tom, že umožňuje rýchlo a s vysokou presnosťou merať ho- mogenitu magnetického póla NMR tomografu bez použitia 180° širokopásmového vysielacieho impulzu. Znižujú sa tým nároky na přístrojové vybavenie meracieho komplexu, znižuje sa pracnosť inštalácie elektromagnetu, resp. pracnost při servisnej kontrole, čo vo svojich 2 CS 269 568 B1 dósledkoch vedie aj k zéfektívneniu prevádzky celého znbrazovacieho systému.The above mentioned drawbacks are substantially eliminated by the method of measuring the magnetic pole of a magnetic resonance tomograph according to the invention, the principle of which is that a phantom in the form of a narrow cylinder filled with water, expressing a test plane of a stationary magnetic pole with a base perpendicular to the axis z, wherein the axis z of the parallel to the stationary magnetic pole direction is subjected to the application of the excitation pulse and the sequence of the orthogonal gradient magnetic fields in the x-axis and the y-axis in five successive time intervals, with the system excites the ninety-degree high-frequency pulse, in the second time interval, the spin system is allowed to develop only under the influence of stationary magnetic pole, in the third interval a constant magnetic field is applied to the spin system in the x-axis and y-direction, whereas in the fourth i at the same time, it creates a full echo-constant gradient magnetic field in the x-axis of the opposite polarity, as in the third interval, with a relaxed tanning of the spin system in the plateau interval, and after the fifth interval, the measurement sequence repeats the modified second interval length or the constant constant amplitude. the gradient magnetic axis in the y-axis direction so that for each value of the second interval interval, the spin echo measurements are taken over the entire selected gradient of the gradient magnetic pole amplitude in the y-axis, the spin-matrix being obtained is arranged in one direction according to the increasing second time interval and in the second direction according to the increasing amplitude of the gradient magnetic field in the y-direction, the distribution of the magnetic field by the evaluation of the resulting three-dimensional matrix obtained by the three-dimensional Fourier transform of the measured spin echo matrix. The advantage of the described method of measuring the homogeneity of the magnetic tomograph on the principle of magnetic resonance is that it allows to quickly and accurately measure the homogeneity of the magnetic pole of the NMR tomograph without using a 180 ° broadband transmission pulse. This reduces the demands on the instrumentation equipment of the measuring complex, reduces the laboriousness of installing the electromagnet, respectively. workload in the service check, which in its 2 CS 269 568 B1 results also in the operation of the entire display system.

Na pripojenom výkrese je schematicky znázorněný postup spůsobu merania homogpnitymagnetického póla tomografu na principe magnetickej rezonancie, kde na obr. 1 je znázor-něné umiestnenie fantomu na meranie homogenity magnetického póla a na obr. 2 je znázor-něná meracia postupnost popisovaného spčsobu merania homogenity stacionárneho magnetic-kého póla tomografu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic illustration of a method for measuring the magnetic resonance magnetic homogeneity of a tomograph, wherein FIG. 1 depicts the location of a phantom for measuring magnetic pole homogeneity; and FIG. 2 shows a measurement sequence of the described method for measuring stationary magnetic homogeneity. tomograph.

Pri spfisobe merania homogenity magnetického póla tomografu na principe magnetickejrezonancie sa využívá účinok fantomu _i v tvare úzkého valca hrůbky δ z,, ktorý je naplněnývodou. Takto fantom _1 vyjadřuje skúmanú rovinu stacionárneho magnetického póla jj.Podstava fantomu χ je kolmá na os z., přitom os z je orientovaná v smere stacionárnehomagnetického póla 8. Pri tomto spfisobe merania sa využívá postupnost periodicky sa opakujúcich piatich časových intervalov 1, II. III, IV. V. V prvom intervale χ sa spinovýsystém fantomu vybudí deváťdesiat stupňovým vysokofrekvenčným impulzom Bj. V druhom in-tervale II sa nechá spinový systém vyvljať len pod vplyvom stacionárnehymagnetického poZa 8 a v treťom intervale III sa spinový systém podrobí aplikácii konštantných ortogo-nálnych gradientných magnetických poli Gx, Gy. V Stvrtom intervale IV sa vytvoří spinovéecho SE konštantným gradientným magnetickým polom Gx, ktorého polarita je opačná akov treťom intervale ,ΙΙΙ. V piatom intervale V sa nechajú doznieť relaxačně deje spinovéhosystému.The method of measuring magnetic homogeneity of a magnetic tomograph on the principle of magnetic resonance uses the effect of the phantom i in the form of a narrow cylinder of the ridge δ z, which is a feed. Thus phantom 1 expresses the investigated level of the stationary magnetic pole jj. The phantom position χ is perpendicular to the z-axis, while the z-axis is oriented in the direction of the stationary magnetic pole 8. The sequence of periodically repeating five time intervals 1, II is used in this measurement method. III, IV. V. In the first interval χ, the phantom spine system is excited by ninety-degree high frequency pulse Bj. In the second mode II, the spin system is allowed to flow only under the influence of the stationary magnetic field 8 and in the third interval III the spin system is subjected to the application of constant orthogonal gradient magnetic fields Gx, Gy. At the IV interval, a spin SE is formed by a constant gradient magnetic field G x whose polarity is opposite to the third interval, ΙΙΙ. In the fifth interval, the spin system is allowed to relax.

Meraná rovina magnetického poZa sa vyjadřuje fantómom, napr. v tvare úzkého valca hrůbky &z naplněného vodou. Fantom sa v magnetickom poli umiestni tak, že podstava valca je kolmá.na směr osi z, t. j. na směr stacionárneho magnetického póla. V prvom intervale χ sa spinový systém, v naSom případe jadrá lH, vybudí deváťdesiat stupňovým budiacim vysokofrekvenčným impulzom B^. V druhom intervale II sa nechá spinový systém vyvíjať len pod vplyvom skúmaného stacionárneho magnetického póla V tretom intervale III sa spinový systém podrobí gradientným magnetickým poliam G a G . Poznamenáváme,x y že poradie druhého II a tretieho III intervalu je zaměnitelné. Vo Stvrtom intervale IV•a spinové echo SE vytvára konštantným gradientným magnetickým polom (3χ. Spinové echosa v priebehu štvrtého intervalu IV snímá, resp. detekuje, vzorkuje a ukládá do památepočítača. V piatom intervale V sa nechajú doznieť relaxačně deje. Celá meracia sekvenciasa potom opakuje při zmenenej amplitúde konStantného gradientného magnetického pólaGy. Po vyčerpaní všetkých amplitúd Gy, určených zo vzorkovacieho teorému, sa ďalšia sku-pina spinových ech SE získá analogickým spčsobom při zmenenej dížke*druhého intervalu IIKrok změny dížky druhého intervalu II je konštantný a možno ho opat určit pomocou vzcr-.kovacieho teorému. Získaná sústava spinových ech SE sa usporiada do priestorovej maticev jednom smere podZa rastúcej amplitúdy gradientného magnetického póla Gy a v druhomsmere podlá rastúcej dížky druhého intervalu II. Takto usporiadaná matica spinových echsa potom podrobí trojrozmernej Fourierovej transformácii. Rozloženie magnetickej induk-cie v skúmanej. rovině sa potom získá vyhodnotením distribúcie spinovej hustoty vo vý-slednej pretransformovanej matici analogickým spčsobom, ako u ostatných metod tejtotriedy.The measured magnetic field is expressed by a phantom, e.g. in the form of a narrow cylinder of water & The phantom is positioned in the magnetic field such that the cylinder base is perpendicular to the z-direction, i.e., the direction of the stationary magnetic pole. In the first interval χ, the spin system, in which case the core 1H, excites the ninety-degree excitation high frequency pulse B B. In the second interval II, the spin system is allowed to develop only under the influence of the stationary magnetic pole under investigation. In the third interval III, the spin system is subjected to gradient magnetic fields G and G. We note x y that the order of the second II and the third III interval is interchangeable. In the IV interval, and the SE spin echo, it creates a constant gradient magnetic field (3χ. The spin echo during the fourth interval IV senses, samples, and stores it in the computer. repeats when the amplitude of the constant gradient magnetic pole is changed.After all the amplitudes of Gy, determined from the sampling theorem, have been exhausted, the next spin echo group SE is obtained in an analogous manner when the length * of the second interval II is changed. The obtained spin echo array SE is arranged in a spatial matrix in one direction along the increasing amplitude of the gradient magnetic pole Gy and in the second dimension according to the increasing length of the second interval II. The magnetic induction distribution in the investigated plane is then obtained by evaluating the spin density distribution in the resulting transformed matrix in a manner analogous to that of the other methods of the class.

Spčsob merania homogenity magnetického poZa tomografu na principe magnetickej re-zonancie možno využit pri nastavovaní, alebo revíznej kontrole zdroja magnetického pólazobrazovacích systémov založených na principe jadrovej magnetickej rezonancie.The magnetic resonance principle of magnetic resonance tomograph homogeneity measurement can be used to adjust or review the source of magnetic imaging systems based on the principle of nuclear magnetic resonance.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method of measuring the homogeneity of the magnetic pole of a tomograph based on the principle of magnetic resonance, characterized in that a phantom (I) in the shape of a narrow cylinder filled with water, expressing the investigated plane of the stationary magnetic pole (B) with a base perpendicular to the z axis, the z axis being parallel to the direction of the stationary magnetic pole (B), is subjected to the application of an exciting high-frequency pulse (B^) and a sequence! orthogonal gradient magnetic fields (G ) in the direction of the x-axis (G ) in the direction of the y-axis in five consecutive xy time intervals (I), (II), (III), (IV), (V), whereby in the first interval (I) the spin system is excited by a ninety-degree high-frequency pulse (8^), in the second time interval (II) the spin system is allowed to develop only under the influence of a stationary magnetic pole (B), in the third interval (III) a constant gradient magnetic field (G ) in the direction of the x-axis (G ) in the direction of the y-axis is applied to the spin system, whereby in . xy in the fourth interval (IV) a spin echo (SE) is created by a constant gradient magnetic field (G _x ) in the direction of the x axis of the opposite polarity to that in the third interval (III), while in the fifth interval (V) the relaxation events of the spin system are allowed to subside and after the fifth interval (V) the measurement sequence is repeated with a changed length of the second interval (II), or with a changed amplitude of the constant gradient magnetic pole (G _y ) in the direction of the y axis so that for each value of the length of the second interval (II) measurements of spin echoes are made over the entire selected interval of amplitudes of the gradient magnetic pole (G _y ) in the direction of the y axis, while the obtained matrix of spin echoes is arranged in one direction according to the increasing second time interval (II) and in the other direction according to the increasing amplitude of the gradient magnetic pole (G _y ) in the direction of the y axis, while the distribution of the magnetic pole is obtained by evaluating the resulting three-dimensional matrix, obtained by three-dimensional Fourier transformation of the measured matrix of spin echoes.