способ и устройство для сканирования и локального воздействия на исследуемую область в биологических объектах

Формула изобретения

1. Способ сканирования и локального воздействия на исследуемую область в биологических объектах, заключающийся в использовании метода ядерного магнитного и квадрупольного резонанса, отличающийся тем, что после сканирования объекта, содержащего ¹ Н ядра водорода и ¹⁴N ядра азота, из пространственной картины исследуемого объекта выбирают область, на которую локально воздействуют резонансным радиочастотным полем.

2. Устройство для сканирования и локального воздействия на исследуемую область в биологических объектах, содержащее передающий канал, формирующий радиочастотные импульсы, спектр которых совпадает со спектром ЯМР ¹Н ядер водорода и спектром ЯКР ¹⁴N ядер азота, нагруженный на передающую антенну (катушку), приемную антенну (катушку), подключенную к входу приемного канала, выход которого соединен с входом микропроцессорного контроллера, который управляет генератором градиента магнитного поля, передающим и приемным каналами и выводит данные на индикатор (дисплей), отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком пространственной локализации для выделения и запоминания таких параметров, как амплитуда, частота, фаза радиочастотного и напряженность магнитного полей, привязанных ко всем точкам пространства, выделенного оператором.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области применения ядерного резонанса в медицине и биологии и предназначено для комбинированного воздействия магнитного поля и радиочастотного излучения на локализованные области объекта. Изобретение может быть использовано, например, для обнаружения в биологических объектах инородных веществ и воздействия на них.

Известен «Способ комбинированного воздействия переменного магнитного поля и миллиметрового излучения на вирионы СПИДа» [патент РФ № 2166968, МПК A61N 2/04, заявл. 2000.06.05, опубл. 2001.05.20] (1). Известный способ предназначен для комбинированного воздействия переменного магнитного поля и миллиметрового излучения на вирионы СПИДа. Согласно данному способу путем последовательного воздействия на вирионы вначале переменным магнитным полем с индукцией в пределах 10-40 мТл в течение 30 мин, а затем миллиметровым излучением с резонансными частотами, выбираемыми из диапазона 20-40 ГГц, и плотностью потока мощности 0,05-0,1 мВт/см² в течение часа осуществляют полный цикл облучения. Полный цикл облучения повторяют 8 раз с периодичностью 48 ч в течение 15 дней до окончательной гибели вирионов СПИДа.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает возможность обнаружения и локального резонансного воздействия на исследуемую область, а также возможность наблюдения за процессом во время эксперимента.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому являются «Способ и устройство для сканирования неметаллических объектов на наличие в них веществ, содержащих ядра с квадрупольным моментом» [патент РФ № 2248560, МПК G01N 24/00, заявл. 2002.10.31, опубл. 2005.03.20] (2), взятое нами в качестве прототипа.

Известный способ сканирования объектов заключается в использовании метода ядерного квадрупольного резонанса для обнаружения и визуализации объектов. Причем сканирование осуществляют методом идентификации и определения местоположения искомого вещества с помощью ЯМР-визуализации на ядрах ¹Н с использованием импульсного возбуждения ¹⁴N на частоте ЯКР.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности локального воздействия на исследуемую область объекта.

Известный способ реализуется с помощью устройства, в котором для обнаружения и визуализации водородо- и азотосодержащих соединений в среде, включающей в себя ядра водорода, применяют радиочастотное облучение с частотой, равной частоте квадрупольного резонанса ядер азота ¹⁴N и радиочастотное облучение с частотой, равной частоте магнитного резонанса ядер водорода ¹Н. Пространственное сканирование с использованием специальных импульсных последовательностей осуществляют методом получения ЯМР-изображений объектов с пространственной локализацией в слабом магнитном поле, обладающем пространственным градиентом в лабораторной системе координат, как это описано в нижеуказанном источнике. [М.Лич. Получение ЯМР-изображений с пространственной локализацией. Под редакцией С.Вебба. "Физика визуализации изображений в медицине". Стр.105-231, Мир, 1991] (3). При этом детектирование возможно как на частоте ЯМР протонов ¹Н, так и на частоте ЯКР ¹⁴N.

Устройство содержит передающий канал, формирующий радиочастотные импульсы, спектр которых совпадает со спектром ЯМР ¹Н ядер водорода и спектром ЯКР ¹⁴N ядер азота, нагруженный на передающую антенну (катушку), приемную антенну (катушку), подключенную к входу приемного канала с аналого-цифровым квадратурным преобразованием, генератор градиента магнитного поля, микропроцессорный контроллер, управляющий генератором градиента магнитного поля, а также передающим и приемным каналами, и индикатор (дисплей).

К недостаткам известного устройства относится то, что его конструкцией не предусмотрена возможность локального резонансного воздействия на исследуемую область.

Целью создания новых способа и устройства является обеспечение возможности локального резонансного воздействия на исследуемую область объекта.

Поставленная цель достигается тем, что после сканирования объекта, содержащего ¹Н ядра водорода и ¹⁴N ядра азота, из пространственной картины исследуемого объекта выбирают область, на которую локально воздействуют резонансным радиочастотным полем.

В предлагаемое устройство, предназначенное для осуществления нового способа, дополнительно введен блок пространственной локализации для выделения и запоминания параметров выбранной оператором области в исследуемом объекте.

Эти параметры - амплитуда, частота, фаза радиочастотного и напряженность магнитного полей, привязанные ко всем точкам пространства, выделенного оператором, в лабораторной системе координат, используют для последующего резонансного облучения этих точек. Оператор может управлять блоком пространственной локализации с помощью стандартной клавиатуры и манипулятора типа "мышь".

Устройство работает следующим образом (см. чертеж).

Радиочастотные (РЧ) импульсы, частота заполнения которых определяется частотой ЯКР ¹⁴N и ЯМР ¹Н, формируются в передающем канале 1 и излучаются антенной 2 на анализируемый объект X. Сигналы ядерной индукции, наведенные в приемной антенне 3, усиливаются и детектируются в приемном канале 4. Амплитудные значения этих сигналов совместно с соответствующими им параметрами магнитного поля, создаваемого генератором 6, и резонансными частотами ЯМР и ЯКР фиксируются в ОЗУ микропроцессорного контроллера 5. Контроллер в свою очередь привязывает этот массив данных к лабораторной системе координат, как описано в [3], и формирует пространственную картину исследуемого объекта на дисплее 7. Таким образом, производится сканирование объекта, как это описано в [2]. С помощью блока локализации 8, связанного с контроллером 5, оператор выбирает из пространственной картины исследуемого объекта требуемую область для воздействия резонансным радиочастотным полем.

Контроллер в свою очередь вырабатывает управляющие сигналы для формирования магнитных и радиочастотных полей.

Источники информации

1. Патент РФ № 2166968, МКИ 7 A61N 2/04, 5/02. Способ комбинированного воздействия переменного магнитного поля и миллиметрового излучения на вирионы СПИДа. Заявл. 05.06.2000.

2. Патент РФ № 2248560, МКИ G01N 24/00. Способ и устройство для сканирования неметаллических объектов на наличие в них веществ, содержащих ядра с квадрупольным моментом. Заявл. 31.10.2002.

3. М.Лич. Получение ЯМР-изображений с пространственной локализацией. Под редакцией С.Вебба. "Физика визуализации изображений в медицине". Стр.105-231, Мир, 1991.