Спосіб об’ємної візуалізації неметалічних об’єктів методом магнітно-резонансної томографії

1. Спосіб об'ємної візуалізації неметалічних об'єктів методом магнітно-резонансної томографії (МРТ), який полягає у тому, що одержують об’ємне зображення досліджуваного об'єкта з використанням контактуючої з досліджуваним об'єктом речовини, що містить резонуючі магнітні ядра, по якому візуалізують поверхню досліджуваного об'єкта шляхом реєстрації сигналів від цих ядер методом 3 19971 4 те ж, матеріали російською мовою – що містить водень, що контактує з досліджуваним [http://uc.jinr.ru/libraryplis.htm], відповідно до якого об'єктом, ЗD-образ цієї речовини буде начебто здійснюють побудову 3D-образа з використанням зліпком досліджуваного об'єкта. У результаті, об'контактуючої з досліджуваним об'єктом речовини, єктами 3D-візуалізації з відображенням методом що містить резонуючі магнітні ядра, по якому виМРТ стр уктури як зовнішньої, так і внутрішньої зуалізують поверхню досліджуваного об'єкта шляповерхонь вироби можуть бути не тільки об'єкти, хом реєстрації сигналів від цих ядер методом що містять воду або водень, а значить протони, МРТ, при цьому як згадану речовина використоале й предмети, що зовсім не містять протонів вують сильно поляризований інертний газ (гелій скло, кераміка, камені, кістки або, внаслідок тверабо ксенон, попередньо спеціальним образом піддотільної структури досліджуваного об'єкта, що готовлений), що вводять у низькій (безпечній для мають занадто короткий час релаксації протонів пацієнта) концентрації. полімери, пластмаси. Суть винаходу зводиться до Сучасні МРТ в основному орієнтовані на ретого, щоб замість реєстрації МРТ-сигналу від доєстрацію сигналів від протонів. Але існують об'єксліджуваного об'єкта, недоступного для прямої ти, для яких у їхньому ви хідному стані неможлива реєстрації методом МРТ у зв'язку з відсутністю ЗD-реконструкція за допомогою протонної МРТ у водню реєструвати МРТ-сигнал від контрастної зв'язку з відсутністю водню в їхній хімічній структуречовини контактуючої із цим об'єктом. Завдяки рі. Це різні предмети й вироби зі скла й кераміки, рівномірному розподілу по поверхні об'єкта конткістки й каменю. Великий інтерес представляє об'растної речовини з більшим змістом водню (проємна візуалізація внутрішньої структури цих об'єктонів) і що має рідинну структур у, а тому дає потутів, особливо для предметів мистецтва, археологіжний МРТ-сигнал, можливе одержання якісних чних і палеонтологічних матеріалів. об'ємних МРТ-зображень, які відображають струкВ основу корисної моделі поставлене завдантуру як зовнішньої, так і внутрішньої поверхонь ня такого вдосконалення способу об'ємної візуалідосліджуваного об'єкта, структура якого може бути зації неметалічних об'єктів методом МРТ, при яконайрізноманітнішою. му розширюються технологічні можливості методу Гарна адаптація МРТ для 3D-візуалізації є нашляхом забезпечення можливості об'ємної візуаслідком того, що магнітне й РЧ поля вільно пронилізації неметалічних об'єктів при відсутності водню кають у стр уктур у досліджуваного об'єкта, якщо він в їхній хімічній структурі, а також у випадку, якщо не є металевим. Метод є доповненням до промесигнал ЯМР від наявних у досліджуваному об'єкті невих методів дослідження, заснованим на відбитпротонів занадто малий через їхній низький вміст ті зондувального променя (оптичні й мікрохвильові або досліджуваний об'єкт має тверду стр уктур у, лазери), а також на ослабленні проникаючого для якої реєстрація сигналу ЯМР, включаючи пропроменя (рентгенівський метод). тонний, утруднена через занадто швидке загасанНа представлених графічних матеріалах поканя цього сигналу внаслідок дуже короткого часу зані зображення, одержувані в результаті гомоядерної магнітної релаксації, при цьому можливо графічних досліджень по відомих і пропонованих одержання якісних об'ємних зображень, що відоспособах об'ємної візуалізації неметалічних об'єкбражають структур у як зовнішньої, так і внутрітів методом МРТ. шньої поверхонь виробу. На Фіг.1. показано приклади об'ємної візуаліДля рішення цього завдання в способі об'ємної зації у відомих діагностичних МРТ- дослідженнях візуалізації неметалічних об'єктів методом магнітоб'єктів, що містять водень: А - судини головного но-резонансної томографії (МРТ), відповідно до мозку, В - структури внутрішнього вуха, 3 - невріякого здійснюють побудову ЗD-образа досліджунома хребетного каналу, D - зовнішні анатомічні ваного об'єкта з використанням контактуючої з структури голови. досліджуваним об'єктом речовини, що містить реНа Фіг.2 представлені приклади об'ємної візузонуючі магнітні ядра, і визуалізують поверхню алізації - 3D-реконструкцій, отриманих від об'єктів, досліджуваного об'єкта шляхом реєстрації сигназроблених з матеріалів, які не містять водень (це лів від цих ядер методом МРТ, згідно корисної звичайні побутові предмети: скляний посуд і керамоделі як речовину, що містить резонуючі магнітні мічний чайник). На цій фігурі представлені вихідні ядра, використовують речовину, що містить воМРТ- зображення (верхній ряд) і 3D-реконструкції день, при цьому речовину, що містить водень, ви(нижній ряд). користають у рідкому вигляді, а як речовину, що На Фіг.3 - об'ємні зображення, що відтворюють містить водень, по першому варіанту реалізації об'єкти (ліворуч - скляна пляшка, праворуч - кераспособу використовують маслянисту рідину або мічний чайник) з відсіченими частинами, що домаслянисту емульсію, при цьому її наносять рівзволяє визуалізувати вн утрішню поверхню об'єкта. номірно тонким шаром на поверхню досліджуваноНа Фіг.4 показана 3D-візуалізація статуетки. го об'єкта, по другому варіанту як речовину, що Для одержання вихідних МРТ- зображень замістить водень, використовують воду або спирт стосовувалося сканування із цифровим дозволом або рідке масло, а досліджуваний об'єкт занурюІхі хімм, час сканування не більше 20 хвилин. Неють у цю речовину. великі артефакти поблизу зони нанесеного на Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками чайнику малюнка пов'язані з наявністю у фарбі пропонованої сукупності і технічними результатаметалевих компонентів, що викликають перекруми, які досягають, від її використання, полягає в чування РЧ поля. Якість зображень - відношення наступному. сигналу до шуму, просторовий дозвіл - може бути Внаслідок того, що як речовину, що містить підвищене за рахунок збільшення часу накопиченрезонуючі магнітні ядра, використають речовину, ня сигналу. Якщо для живих об'єктів цей час дово 5 19971 6 диться обмежувати, то для неживих об'єктів тринизького сигналу (темні ділянки) на тлі сильного валість дослідження може бути задана як завгодно сигналу води (світлі ділянки)- Фіг.2 C, D. Для провеликою. ведення 3D-реконструкції по стандартному алгоСпосіб об'ємної візуалізації неметалічних об'ритму необхідно лише провести інверсне перетвоєктів методом МРТ здійснювали на томографі рення шкали яскравості на МРТ- зображенні. Tomikon S50 (Bruker). 3D-обробка проведена за За рахунок нескладних маніпуляцій із МРТдопомогою програм Para Vision™ v.1.0 (IRIX 5.3) і даними можлива побудова довільних перетинів ImageJ 1.34s (MS Windows XP). Побудо ву 3Dоб'єкта, що реконструюється, що дозволяє розгляобраза досліджуваного об'єкта проводили з викодати об'єкт як би зсередини й візуалізувати вн утристанням речовини, що містить резонуючі магнітрішню поверхню об'єкта - Фіг.3. Щоб одержати ні ядра, які вводили в контакт із досліджуваним об'ємні зображення із внутрішніми "вирізами" або об'єктом і по якій візуалізували поверхню дослі"зрізаними" під певним кутом, перед запуском алджуваного об'єкта шляхом реєстрації сигналів від горитму об'ємної реконструкції необхідно зробити цих ядер методом МРТ, як речовину, що містить попередню обробку вихідних (2D) зображень, резонуючі магнітні ядра, використали речовину, отриманих від МРТ- сканування досліджуваного що містить водень, у першому прикладі - вазелін, об'єкта. Обробка зводиться до відповідної "обрізщо наносили рівномірно тонким шаром на поверхки" вихідних зображень за допомогою звичайного ню досліджуваного об'єкта. На фрагментах А й В графічного редактора. Описані маніпуляції (графі(див. Фіг.2) видний сигнал вазеліну, розмазаного чна обробка й 3D-реконструкція) можна реалізувапо поверхні досліджуваного об'єкта. Для 3Dти не тільки за допомогою програмного забезпереконструкції застосовано МІР-перетворення чення, що поставляється фірмами - виробниками (Ma ximum Intensity Projection), при якому краще, томографів, але й за допомогою програм, наявних ніж для 3D-рендеринга, відтворюється скляна поу вільному доступі - наприклад, Image J верхня. У другому прикладі на фрагментах cud [http://rsb.info.nih.gov/ij/]. показана присутність досліджуваного об'єкта, заВнаслідок використання пропонованого спонуреного у воду, що виявляється по випаданню собу об'єктами 3D-візуалізації методом протонного сигналу на МРТ- зображенні. Об'ємна реконструкМРТ можуть бути предмети що утримують, але ція зроблена методом 3D-рендерінга. звичайними МРТ-методами не можуть бути зареєНа окремих зрізах МРТ- зображення об'єкта по стровані через занадто короткий час релаксації першому прикладу представлено тонкими яскрапротонів - наприклад,полімерні, пластмасові вивими лініями, що відображають локалізацію вазероби, так і ті, що зовсім не мають водню. Необхідліну, нанесеного на поверхню невидимого для но лише, щоб вони не містили метал, тому що ЯМР об'єкта - Фіг.2 А, В. Отриманої інформації останній спотворює РЧ поле й, відповідно, саме досить, щоб провести сегментацію й, в остаточноМРТ- зображення, не псувалися від нанесення на му підсумку, об'ємну реконструкцію об'єкта, після їхню поверхню воденьвмісної емульсії або від зачого він може бути представлений під будь-яким нурення в контрастуючу воденьвмісну рідину, а кутом огляду, з різними варіантами відтінення потакож мали прийнятні для томографа габарити. верхні, анімаційними ефектами і т.д. Можливо, що найбільш затребуваними об'єктами При реалізації другого варіанта (приклад 2) 3D-візуалізації виявляться предмети мистецтва, інформація про невидимий для ЯМР об'єкт предархеологічні й палеонтологічні матеріали, копії ставлена на МРТ- зображенні у вигляді ділянок проектованих виробів і таке ін. Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601