Исследование и разработка методов решения задачи синтеза высокооднородного магнитного поля в МР-томографе
Диссертация
Выполнено сравнение метода компенсирующих катушек с методом Луганского, с методом проектирования Тихонова-Рубашова-Арсенина и с методом корректирующих шимм Андерсона. Показано, что метод компенсирующих катушек, как метод локального синтеза, и методы Луганского и проектирования, как методы интегрального синтеза, существенно отличаются математическим аппаратом. Однако все методы дают близкие… Читать ещё >
Содержание
- 1. Принципы построения магниторезонансных томографов и показатели их качества
- 1. 1. Принципы получения информации от вещества с помощью магнитного резонанса (MP)
- 1. 2. Движение магнитных моментов изолированных протонов в постоянном и переменном магнитных полях
- 1. 3. Связь основных характеристик МР-томографов с характеристиками их отдельных систем
- 1. 4. Состав магниторезонансной аппаратуры
- 1. 4. 1. Классификация МР-томографов и их основные характеристики
- 1. 4. 2. Рабочий объем МР-томографов
- 2. 1. Об используемой в работе терминологии
- 2. 2. Магнитное поле тонкого витка с током
- 2. 2. 1. Основные формулы
- 2. 2. 2. Практическая реализация формул
- 2. 3. Магнитное поле соленоидальной катушки с током
- 2. 3. 1. Основные формулы для продольной составляющей поля
- 2. 3. 2. Основные формулы для радиальной составляющей поля
- 2. 3. 3. Пример
- 2. 4. Практическая реализация формул
- 3. 1. О развитии метода компенсирующих катушек
- 3. 2. Разложение поля одной катушки в ряд Маклорена
- 3. 2. 1. Вывод основных соотношений
- 3. 2. 2. Выражения для коэффициентов ряда Маклорена
- 3. 3. Коэффициенты ряда Маклорена в случае бесконечно тонкой обмотки
- 4. 1. Магнитная система Гельмгольца (4-го порядка)
- 4. 1. 1. Математическая постановка задачи
- 4. 1. 2. Четыре способа расчета МС 4-го порядка
- 4. 1. 3. Примеры расчета МС 4-го порядка
- 4. 1. 4. Заключения по МС 4-го порядка
- 4. 2. Магнитные системы 6-го порядка
- 4. 2. 1. МС 6-го порядка из двух пар катушек
- 4. 2. 2. Решение синтезирующей системы уравнений
- 4. 2. 3. Примеры расчета МС 6-го порядка из двух пар катушек
- 4. 2. 4. МС 6-го порядка из трех катушек
- 4. 2. 5. МС 6-го порядка из трех катушек без зазора (с внешним пазом)
- 4. 2. 6. Заключения по МС 6-го порядка
- 4. 3. Магнитные системы 8-го порядка
- 4. 3. 1. МС 8-го порядка из двух пар катушек
- 4. 3. 2. Примеры расчета МС 8-го порядка из двух пар катушек
- 4. 3. 3. МС 8-го порядка из трех катушек
- 4. 3. 4. Примеры расчета Мс 8-го порядка из трех катушек
- 4. 4. Магнитные системы 10-го порядка
- 4. 4. 1. МС 10-го порядка из трех пар катушек
- 4. 4. 2. Примеры расчета МС 10-го порядка из трех пар катушек. t 4.4.3. МС 10-го порядка из трех катушек
- 4. 4. 4. Примеры расчета МС 10-го порядка из трех катушек
- 4. 4. 5. Карты изолиний для МС 10-го порядка
- 4. 5. Устойчивость карты магнитного поля по отношению к погрешностям параметров катушек
- 4. 6. Сравнение результатов для МС различных порядков
Список литературы
- Авторское свидетельство СССР № 1 749 793 (G01N, 24/06), 1991.
- Андерсон В. Применение токовых шимм для коррекции магнитных полей // Приборы для научных исследований, 1961, № 3, с. 3−12.
- Афанасьев Ю.В., Студенцов Н. В., Хорев В. Н. и др. Средства измерений параметров магнитного поля. Л.: Энергия, 1979.
- Березин И.С., Жидков Н. П. Методы вычислений. В 2-х т. Т. 1. М.: Наука, 1966.
- Бородин П.М. (ред.). Ядерный магнитный резонанс. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982.
- Боттомли П.А. Интроскопия: методы и применение (обзор) // Приборы для научных исследований, 1982, № 9, с. 3−26.
- Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд-е 13-е. М.: Наука, 1986.
- Воеводин В.В. Линейная алгебра. М.: Наука, 1980.
- Воскобойников Ю.Е., Ицкович Е. И. Пакет подпрограмм для построения сглаживающих кубических сплайнов. Препринт 46−79. Новосибирск: Ин-т теплофизики АН СССР, 1979.
- Галайдин П.А. Исследование и разработка элементов и устройств компьютерных магниторезонансных томографов. Дисс.докт. техн наук.-СПб: ИТМО, 1996.
- Галайдин П.А., Замятин А. И., Иванов В. А. Градиентные системы продольной составляющей напряженности магнитного поля соленоида ЯМР-томографа // Изв. вузов. Приборостроение, 1990, т. 33, № 2.
- Галайдин П. А, Замятин А. И., Иванов В. А. Основы магниторезонанс-ной томографии. СПб: Изд-во ИТМО, 1998.
- Галайдин П.А., Замятин А. И., Иванов В. А. Расчет и проектирование электромагнитных систем магниторезонансных томографов. Уч. пособие. СПб: Изд-во ИТМО, 1998.
- Дружкин Л.А. Задачи теории поля. М.: Изд-во МИРГЭ, 1964.
- Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука, 1987.
- Замятин А.И. Электромагнитные системы магниторезонансных томографов. Автореферат дисс.канд. техн. наук СПб: ИТМО, 1996.
- Иванов В.А. Внутривидение (ЯМР-томография). Л.: Знание, 1989.
- Иванов С.В., Рущенко Н. Г., Сизиков B.C. и др. О решении задачи синтеза магнитного поля в MP-томографе методом регуляризации с ограничениями и методом аппроксимации 8-функцией // Вестник СПбГИТМО (ТУ), 2003, вып. 9, с. 105−112.
- Информационные материалы по медицинской технике Американского агентства ECRI. Системы ЯМР. Минздрав СССР, ВНИИИ МТ, М., 1990.
- Луганский Л.Б. Расчет соленоида с заданной формой магнитного поля //Журн. техн. физики, 1985, т. 55, вып. 7, с. 1263−1271.
- Лукьянович И.К., Савицкий А. А. ЯМР-томография в нестабильном и неоднородном поляризующем магнитном поле // Прикладная спектроскопия, 1999, т. 66, № 2, с. 270−274.
- Лухвич А.А., Чурило В. Р. Источники поляризующего магнитного поля и его градиентов для я.м.р.-томографии (обзор) // ПТЭ, 1987, № 5, с. 172−173.
- Магнитный резонанс в медицине. Под ред. П. А. Ринка. Berlin, Blackwell Wissenschafts-Verlag, 1993.
- Марусина М.Я. Коррекция неоднородности основного магнитного поля MP-томографа на постоянных магнитах Автореферат дисс.канд. техн. наук. СПб: ИТМО, 1993.
- Монтгомери Д.Б. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов. М.: Мир, 1971.
- Назаров В.Б., Забродин В. А., Краинский И. С., Гальперин JI.H. ПТЭ, № 5, 1971.
- Патент Великобритании № 2 144 918 (H01 °F 5/00), 1985.
- Патент ЕПВ № 213 862 (GOIN, 24/06), 1986.
- Патент ЕПВ № 217 520 (G01N, 24/06), 1986.
- Патент ЕПВ № 228 154 (G01N, 24/06), 1986.
- Патент ЕПВ № 243 270 (G01N, 24/06), 1987.
- Патент ЕПВ № 244 843 (G01N, 24/06), 1987.
- Патент США № 3 622 869 (G01N, 24/06), 1971.
- Патент США № 4 509 030 (HOI F 7/22), 1984.
- Патент США № 4 758 813 (НО 1 °F, 7/02), 1987.
- Патент США № 4 827 235 (НОIF, 1/24), 1987.
- Патент США № 4 931 760 (НОIF, 7/02), 1987.
- Патент США № 4 956 609 (G01R 33/20), 1990.
- Патент США № 5 050 605 (АО 1 В 5/055), 1991.
- Патент Франции № 2 571 496 (G01N, 24/06), 1986.
- Патент ФРГ № 3 508 332 (G01N, 24/06), 1985.
- Патент ФРГ № 3 534 383 (GOIN, 24/06), 1986.
- Патент ФРГ № 3 616 078 (G01N, 24/06), 1987.
- Петров Ю.П., Сизиков B.C. Корректные, некорректные и промежуточные задачи с приложениями. СПб: Политехника, 2003.
- Проспект фирмы «Hitachi Medical Systems America Inc.», 1992.
- Проспект фирмы «Resonex Inc.» RX-4000 system specification, 1988.
- Прохоров A.M. (ред.) Физический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1984
- Сен-Жальм, Такен, Баржу. Приборы для научных исследований, № 9, 1981.
- Сизиков B.C. Математические методы обработки результатов измерений. СПб: Политехника, 2001.
- Сизиков B.C., Ахмадулин Р. И., Николаев Д. Б. Синтез магнитного поля вдоль оси катушки ЯМР-томографа // Изв. вузов. Приборостроение, 2002, т. 45, № 1, с. 52−57.
- Сизиков B.C., Марусина М. Я., Иванов С. В. и др. Прямая и обратная задачи синтеза магнитного поля в ЯМР-томографе // Вестник СПбГИТМО (ТУ), 2001, вып. 3(197), с. 209−214.
- Сороко Л.М. Интроскопия на основе ядерного магнитного резонанса. -М.: Наука, 1986.
- Тихонов А.Н., Рубашов И. Б., Арсенин В. Я. и др. О математическом проектировании конструкции ЯМР-томографа. М.: Препринт ИПМ им. М. Е. Келдыша АН СССР, 1987.
- Физика визуализации изображений в медицине. В 2-х томах под ред. С. Уэбба. М., Мир, 1991, т. 2.
- Фриш С.Э., Тиморева А. В. Курс общей физики. Т. 2. MJ1: ГИТТЛ, 1952.
- Фролов В.В., Колихова И. А. Вест. ЛГУ, Сер. Физики и химии, Вып. 1, № 4, 1963.
- Хоулт, Гольдштейн, Капонити. Приборы для научных исследований, № 9, 1981.
- Эрнст Р., Боденхаузен Дж., Вокаун А. ЯМР в одном и двух измерениях. М.: Мир, 1990.
- Adamiak К. Method of the magnetic field synthesis on the axis of cylinder solenoid // Applied Physics, 1978, vol. 16, pp. 417−423.
- Bachus R. Zukunftsperspektiven der MRI und der Spektroskopie. Der Nuklearmediziner, Nr. 3, 11, 1988.
- Bernard J.D. Magn. Reson. Med., 5,1987.
- Cho Z.H., Jones J.P., Singh M. Foundations of medical imaging. NY: Wiley, 1993.
- Garret M.W. Axially symmetric systems for generating and measuringmagnetic fields//J. Appl. Phys., 1951, v. 22, # 9, pp. 1091−1107.
- Garroway A.N., Graunell P.K., Mansfield P. Image fonnation in NMR by selective irradiative process. J. Phys. C.: solid state Phys., vol. 7, 1974.
- Golay M.J. Field homogenizing coils for nuclear spin resonance instrumentation. Rev. Sci. Instrum., vol. 29, 1958.
- Hanssum H. The magnetic field of saddle-shaped coils. Improving the uniformity of В in a large volume. J. Phys. D.: Appl. Phys., vol. 19, 1986.
- Hoult D.I. The NMR receiver: a description and analysis of design. Progress in NMR spectroscopy, vol. 12,1978.
- Hoult D.I. Zeugmatography: a criticism of the concept of a selective pulse in the presence of a field gradient. J. Magn. Reson., vol. 26, 1977.
- Hrovat M.I., Wade Ch. G. NMR pulsed-gradient diffusion measurement. I. Spin-echo stability and gradient calibration. J. Magn. Reson., vol. 44, 1981.
- Hutchison J.M.S., Edelstein W.A., Jonson GJ. Phys. E" vol. 13, 1980.
- Jan Chen, Fan Mingwu, Miao Yixin. Chinese Journal of Nuclear Physics., vol. 6, № 3, 1984.
- Kapitza S.P. A solenoid with a uniform magnetic fields // High-Power Electronics, v. 2. London: Pergamon, 1966, pp. 74−81.
- Kawanaka A., Takagi M. Estimation of static magnetic fields and gradient field from NMR image // J. Phys. E: Sci. Instrum., 1986, vol. 19, p. 871 875.
- Kumar A., Welti D., Ernst R.R. Imaging of macroscopic objects by NMR Fourier zeugmatography // Naturwissenschaften, 1975, b. 62, s. 34.
- Kumar A., Welti D., Ernst R.R. NMR Fourier zeugmatography // J. Magn. Reson., 1975, vol. 18, pp. 69−83.
- Lugansky L.B. A method of calculation of a solenoid producing a given magnetic field on its axis // Nucl. Methods A, 1985, v. 236, pp. 145−150.
- Lugansky L.B. Optimal coils for producing uniform magnetic fields // J.
- Phys. E: Sci. Instmm., 1987, vol. 20, pp. 277−285.
- Mansfield P., Mandsley A.A. Planar spin imaging by NMR. J. Magn. Reson., vol. 27, 1977.
- McKeehan L.W. A method for improving the uniformity of the central magnetic field in a thick solenoid // Rev. Sci. Instmm., 1939, v. 10, pp. 371−373.
- Ohc C.H. Study of R.F. gradient pulse and magnet instability effect in NMR tomography. IEEE Trans., VNS, 1983.
- Redpath I.W., Hatchison J.M.S. Design of a radiofrequency coil suitable for NMR imaging of heads. Phys. Med. Biol., vol. 27,1982.
- Sauter A., Sauter F. Die Erzeugung von moglichst homogenen Magnetfeldem durch Stromsysteme//Z. Phys., 1944, b. 122, s. 120−136.
- Sizikov V.S. Integral equations in NMR-tomography: magnetic fields synthesis on a coil axis // Proc. of the 5th Int. Conf. IMSE98 / B.S. Bertram (ed.). Houghton, USA, 1998, p. 76−77.
- Sizikov V.S. Integral equations in NMR-tomography: reconstruction of NMR images with a regularization // Proc. of the 5th Int. Conf. IMSE98 / B.S. Bertram (ed.). Houghton, USA, 1998, p. 74−75.
- Suits B.H., Wilken D.E. Improving magnetic field gradient coils for NMR imaging. J. Phys. E.: Sci. Instrum., 22, 1989.
- Torrey H.C. Bloch equation with diffusion terms, Phys. Rev., vol. 104, 1956.
- Watkins J.C., Fukushima E. High-pass bird-cage coil for NMR. Rev. Sci. Instr., vol. 59, 1988.
- Марусина М.Я., Рущенко Н. Г., Сизиков B.C. Распределение магнитных полей в катушках магниторезонансных томографов // Изв. вузов. Приборостроение, 2003, т. 46, № 6, с. 32−36.
- Сизиков B.C., Рущенко Н. Г. Использование полиномов Чебышева при расчете параметров корректирующих катушек // Изв. вузов. Приборостроение, 1999, т. 42, № 5−6, с. 38−43.
- Иванов В.А., Марусина М. Я., Рущенко Н. Г., Сизиков B.C. Реконструкция MP-изображений с учетом неоднородности полей // Научное приборостроение, 2003, т. 13, № 2, с. 57−61.
- Яновский Б.М. Земной магнетизм. М.: ГИТТЛ, 1953.