СОЗДАНИЕ СЛОВАРЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ДАКТИЛОСКОПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАТУШКИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
CREATION OF A MAGNETIC RESONANCE FINGERPRINTING DICTIONARY USING AN ADDITIONAL MAGNETIC FIELD COIL

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к магнитно-резонансной визуализации и спектроскопии, в частности, к способам и устройствам для составления словарей для магнитно-резонансной дактилоскопии.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Магнитно-резонансная (МР) дактилоскопия является новой технологией, в которой некоторое число радиочастотных (РЧ) импульсов, распределенных во времени, подается так, чтобы они вызывали сигналы от разных материалов или тканей для получения уникального вклада в измеряемый МР-сигнал. Ограниченный словарь предварительно вычисленных вкладов в сигналы от набора или фиксированного числа веществ сравнивают с измеренными МР-сигналами, и в пределах единственного воксела может быть определен его состав. Например, если известно, что воксел содержит только воду, жир и мышечную ткань, то следует рассматривать только вклад от этих трех материалов, и только несколько RF-импульсов необходимы для точного определения состава воксела. Если используется больший словарь с большим разрешением, то МР-дактилоскопия может быть использована для определения разных параметров тканей воксела (например, T1, T2, …) одновременно и количественно.
Ma и др.
Метод магнитно-резонансной дактилоскопии был введен в журнальной статье за авторством , ʺMagnetic Resonance Fingerprinting,ʺ Nature, том 495, стр. 187-193, doi:10.1038/nature11971. Технология магнитно-резонансной дактилоскопии также описана в заявках на патент США № 2013/0271132 A1 и № 2013/0265047 A1.
Jiang и др.
MR fingerprinting and B0 inhomogeneities
Труды конференции за авторством , ʺMR Fingerprinting Using Spiral QUEST,ʺ Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 21 (2013), стр. 0019, раскрывают магнитно-резонансную дактилоскопию (МРД) с использованием метода визуализации с быстрым разделением эхо-сигналов (QUEST) в качестве стандартного блока для МРД-последовательности. В ISMRM-реферате, 2015, стр. 3236 '', обсуждается метод магнитно-резонансной дактилоскопии, в котором эффекты виртуальных линейных градиентов шиммов добавляются в словари.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает способ работы инструмента, инструмент и компьютерный программный продукт в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Статья в журнале «Nature» за авторством Ma и др. вводит основную идею магнитно-резонансной дактилоскопии и терминологию, которые используются для описания этого метода, такие как словарь, который называется здесь «словарем магнитно-резонансной дактилоскопии» или просто «словарем».
Как будет понятно специалисту в данной области техники, аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы в виде аппарата, способа или компьютерного программного продукта. Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму полностью аппаратного варианта осуществления, полностью программного варианта осуществления (включающего в себя аппаратно-программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод, и т.д.) или варианта осуществления, объединяющего программные и аппаратные аспекты, которые все могут, в общем, называться здесь «схемой», «модулем» или «системой». Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, реализованного в одном или более машиночитаемых носителей данных, на которых реализован исполняемый компьютером код.
Может быть использована любая комбинация одного или более машиночитаемых носителей данных. Машиночитаемый носитель может быть машиночитаемым носителем-сигналом или машиночитаемым носителем данных. «Машиночитаемый носитель данных», как использовано здесь, заключает в себе любой материальный носитель, который может хранить инструкции, которые являются исполняемыми процессором вычислительного устройства. Машиночитаемый носитель данных может называться машиночитаемым непереходным носителем данных. Машиночитаемый носитель данных может также называться материальным машиночитаемым носителем данных. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель данных может быть также способным запоминать данные, к которым может иметь доступ процессор вычислительного устройства. Примеры машиночитаемого носителя данных включают в себя, но не ограничены этим: гибкий диск, магнитный накопитель на жестких дисках, твердотельный жесткий диск, флэш-память, флэш-накопитель USB, память с произвольным доступом (Random Access Memory - RAM), постоянное запоминающее устройство (Read Only Memory - ROM), оптический диск, магнито-оптический диск, и массив регистров процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (Compact Disk - CD) и универсальные цифровые диски (Digital Versatile Disk - DVD), например, диски CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW, или DVD-R. Термин машиночитаемый носитель данных также относится к различным типам записывающих носителей данных, к которым может иметь доступ компьютерное устройство через сеть или канал связи. Например, данные могут быть извлечены через модем, через Интернет, или через локальную сеть. Исполняемый компьютером код, реализуемый на машиночитаемом носителе данных, может быть передан с использованием любого подходящего носителя данных, в том числе, но не только, беспроводной линии связи, проводной линии связи, оптоволоконного кабеля, РЧ, и т.д., или любой подходящей комбинацией вышеупомянутого.
Машиночитаемый сигнал-носитель данных может включать в себя распространяющийся информационный сигнал с исполняемым компьютером кодом, реализованным в нем, например, в полосе частот модулирующих сигналов или в виде части несущей. Такой распространяющийся сигнал может принимать любую из множества форм, в том числе, но не только, электромагнитную, оптическую, или любую подходящую комбинацию таких форм. Машиночитаемый сигнал-носитель данных быть любым машиночитаемым носителем данных, который не является машиночитаемым носителем данных и который может передавать, распространять, или переносить программу, предназначенную для использования системой, аппаратом или устройством для выполнения инструкций, или для использования в связи с ними.
«Компьютерная память» или «память» является примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерная память является любой памятью, которая является прямо доступной для процессора. «Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является дополнительным примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым машиночитаемым носителем данных. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может быть также компьютерной памятью или наоборот.
«Процессор», как использовано здесь, заключает в себе электронный компонент, который способен исполнять программу или машиночитаемую инструкцию или исполняемый компьютером код. Ссылки на вычислительное устройство, содержащее «процессор», следует интерпретировать как, возможно, содержащее более одного процессора или ядра процессора. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Процессор может также относиться к набору процессоров, находящемуся в пределах единственной компьютерной системы или распределенному среди множественных компьютерных систем. Термин «вычислительное устройство» следует также интерпретировать как термин, возможно, относящийся к набору или сети вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Исполняемый компьютером код может быть выполнен множественными процессорами, которые могут находиться в пределах одного и того же вычислительного устройства или которые могут быть даже распределены по множественным вычислительным устройствам.
Исполняемый компьютером код может содержать машиноисполняемые инструкции или программу, которые заставляют процессор выполнять аспект настоящего изобретения. Исполняемый компьютером код для выполнения операций для аспектов настоящего изобретения может быть записан на любой комбинации одного или более языков программирования, в том числе объектно-ориентированных языков программирования, таких как Java, Smalltalk, C++ и т.п. и общепринятых процедурных языков программирования, таких как язык программирования «С» или подобные языки программирования, и скомпилирован в машиноисполняемые инструкции. В некоторых примерах исполняемый компьютером код может быть в форме языка высокого уровня или в предварительно скомпилированной форме и может быть использован в сочетании с интерпретатором, который оперативно («на лету») генерирует машиноисполняемые инструкции.
Исполняемый компьютером код может выполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, в виде автономного программного пакета, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере, или полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть соединен с компьютером пользователя через сеть любого типа, в том числе, локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), или может быть реализовано соединение с внешним компьютером (например, через Интернет с использованием поставщика Интернет-услуг).
Аспекты настоящего изобретения описаны со ссылкой на иллюстрации блок-схемы последовательности операций и/или блок-схемы способов, аппаратов (систем) и компьютерных программных продуктов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что каждый блок или часть блоков блок-схемы последовательности операций, иллюстраций и/или блок-схем, могут быть реализованы инструкциями компьютерной программы в форме исполняемого компьютером кода, если это применимо. Также следует понимать, что если комбинации блоков в разных блок-схемах последовательности операций, иллюстрациях, и/или блок-схемах не являются взаимоисключающими, то они могут быть объединены. Эти инструкции компьютерной программы могут быть обеспечены для процессора компьютера общего назначения, компьютера специального назначения или другого программируемого устройства обработки данных для создания машины, так чтобы инструкции, которые выполняются посредством процессора компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, создавали средство для реализации функций/ действий, заданных в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций и/или блок-схемы.
Эти инструкции компьютерной программы могут быть также сохранены на машиночитаемом носителе данных, который может управлять компьютером, другим программируемым устройством обработки данных или другими устройствами для функционирования конкретным образом, так чтобы инструкции, сохраненные на машиночитаемом носителе данных, создавали изделие, включающее в себя инструкции, которые реализуют функцию/действие, заданное в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций и/или блок-схемы.
Инструкции компьютерной программы могут быть также загружены на компьютер, другое программируемое устройство обработки данных, или другие устройства, чтобы вызывать последовательность операционных этапов, подлежащих выполнению на компьютере, другом программируемом устройстве обработки данных, или других устройствах для создания реализуемого компьютером процесса, так чтобы инструкции, которые выполняются на компьютере или другом программируемом устройстве обработки данных, обеспечивали процессы для реализации функций/ действий, заданных в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций и/или блок-схемы.
«Пользовательский интерфейс», как использовано здесь, является интерфейсом, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. «Пользовательский интерфейс» может также называться «человеко-машинным интерфейсом». Пользовательский интерфейс может обеспечивать информацию или данные для оператора и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может позволить компьютеру принимать входные данные от оператора и может обеспечить вывод данных для пользователя из компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволить оператору контролировать или управлять компьютером, и этот интерфейс может позволить компьютеру указывать результаты операторского контроля или управления. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером обеспечения информации для оператора. Прием данных осуществляется посредством клавиатуры, мыши, шарового манипулятора, сенсорной панели, указывающего устройства, графического планшета, джойстика, геймпада, веб-камеры, наушников, педалей, проводной перчатки, устройства дистанционного управления, и акселерометра, которые все являются примерами компонентов пользовательского интерфейса, которые позволяют принимать информацию или данные от оператора.
«Аппаратный интерфейс», как использовано здесь, заключает в себе интерфейс, который позволяет процессору компьютерной системы взаимодействовать и/или управлять внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Аппаратный интерфейс может позволить процессору отправлять управляющие сигналы или инструкции к внешнему вычислительному устройству и/или аппарату. Аппаратный интерфейс может также позволить процессору обмениваться данными с внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но не ограничены этим: универсальную последовательную шину, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, Bluetooth-соединение, беспроводное соединение с локальной сетью, TCP/IP-соединение, Ethernet-соединение, интерфейс управления напряжением, MIDI-интерфейс, интерфейс аналоговых входных данных, и интерфейс цифровых входных данных.
«Дисплей» или «устройство отображения», как использовано здесь, заключает в себе устройство вывода или пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, звуковые и/или тактильные данные. Примеры дисплея включают в себя, но не ограничены этим: монитор компьютера, экран телевизора, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брайля, электронно-лучевую трубку (ЭДТ), запоминающую электронно-лучевую трубку, дисплей с бистабильной записью, электронную бумагу, векторный дисплей, дисплей с плоским экраном, вакуумный флуоресцентный дисплей (ВФД), светодиодные (СИД) дисплеи, электролюминесцентный дисплей (ЭЛД), плазменные дисплеи (ПД), жидкокристаллический дисплей (ЖКД), дисплеи на органических светодиодах (OСИД), проектор и видеошлем.
Здесь определено, что магнитно-резонансные (МР) данные являются записанными измерениями радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами, с использованием антенны магнитно-резонансного аппарата во время сканирования магнитно-резонансной визуализации. Магнитно-резонансные данные являются примером данных медицинских изображений. Здесь определено, что изображение магнитно-резонансной визуализации (МРB) является реконструированной двумерной или трехмерной визуализацией анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной визуализации. Эта визуализация может быть выполнена с использованием компьютера.
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ работы инструмента. Инструмент содержит систему магнитно-резонансной визуализации для измерения магнитно-резонансных данных из зоны измерения. Система магнитно-резонансной визуализации может быть, например, спектрометром ядерного магнитного резонанса или системой магнитно-резонансной визуализации. Зона измерения, как использовано здесь, заключает в себе область с магнитным полем, достаточно сильным и достаточно однородным для выполнения ЯМР-спектроскопии или магнитно-резонансной визуализации. Магнитно-резонансная система содержит магнит для генерирования основного магнитного поля в зоне измерения.
Основное магнитное поле часто также называется полем B0 или магнитным полем B0. Инструмент дополнительно содержит испытательное приспособление для удерживания испытуемого образца в зоне измерения. В некоторых примерах испытательное приспособление может быть удаляемым из магнита. В других вариантах осуществления испытательное приспособление является неподвижно закрепленным внутри магнита. Испытательное приспособление содержит катушку дополнительного магнитного поля и магнитно-резонансную антенну. В зоне измерения магнит будет генерировать основное магнитное поле. Катушка дополнительного магнитного поля используется для изменения магнитного поля в зоне измерения. Испытательное приспособление дополнительно содержит магнитно-резонансную антенну. Магнитно-резонансная антенна может быть использована для измерения магнитно-резонансных данных из зоны измерения.
Способ содержит этап многократного выбора электрического тока из распределения электрических токов. Способ дополнительно содержит этап многократной подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля для настройки основного магнитного поля в зоне измерения. Способ дополнительно содержит этап многократного получения магнитно-резонансных данных словаря из испытуемого образца с использованием магнитно-резонансной антенны посредством управления магнитно-резонансной системой с использованием команд последовательности импульсов во время подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля. Магнитно-резонансные данные словаря являются магнитно-резонансными данными, которые были названы или именованы магнитно-резонансными данными словаря, чтобы отличить их от других магнитно-резонансных данных, которые могут быть использованы или описаны позже.
Команды последовательности импульсов заставляют магнитно-резонансную систему получать магнитно-резонансные данные словаря согласно методу магнитно-резонансной дактилоскопии. Команды последовательности импульсов задают серию повторений последовательности импульсов. Каждое повторение последовательности импульсов имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение последовательности импульсов содержит последовательность радиочастотных импульсов, выбранную из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины повернуться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение последовательности импульсов содержит событие дискретизации, где магнитно-резонансный сигнал дискретизируют для заданного временного интервала при времени дискретизации до окончания повторения последовательности импульсов. Времени дискретизации выбирают из распределения времен дискретизации. Магнитно-резонансные данные словаря получают во время события дискретизации. Способ дополнительно содержит этап многократного добавления магнитно-резонансных данных словаря в словарь магнитно-резонансной дактилоскопии.
Этот способ может быть полезным, поскольку он обеспечивает словарь магнитно-резонансной дактилоскопии, который может быть позже использован для выполнения метода магнитно-резонансной дактилоскопии с использованием команд последовательности импульсов. Словари магнитно-резонансной дактилоскопии обычно составляют посредством решения так называемых уравнений Блоха. Получение словаря магнитно-резонансной дактилоскопии эмпирически может быть полезным для обеспечения более точного диагностического инструмента. Получение словаря магнитно-резонансной дактилоскопии эмпирически может также обеспечить механизм для обнаружения отклонения состояния системы в более поздние времена по сравнению с состоянием системы, при котором получен словарь.
Испытуемый образец в способе может, например, иметь заданный или известный состав. В некоторых примерах, способ может включать в себя этап замены испытуемого образца на другие образцы известного состава, так чтобы можно было составить полный словарь магнитно-резонансной дактилоскопии.
В некоторых примерах градиентные магнитные поля в системе магнитно-резонансной визуализации могли бы быть использованы для выполнения функции катушки дополнительного магнитного поля для настройки основного магнитного поля в рамках настоящего изобретения. Это может обеспечить менее дорогостоящий способ выполнения упомянутого способа. В этом случае образец может быть очень точно расположен в магните, или зонд магнитного поля может быть размещен близко к образцу.
Однако, использование катушки дополнительного магнитного поля, которая была вставлена в магнит, может быть полезным, поскольку это позволяет использовать больший образец из образцов, подлежащих использованию. Это может обеспечить лучшее отношение сигнал-шум и, таким образом, лучший словарь магнитно-резонансной дактилоскопии.
В других примерах способа градиентные магнитные поля могут быть использованы для моделирования эффектов неоднородностей в основном магнитном поле или магнитном поле B0.
Вариации способа могут обеспечить тестирование некоторого числа разных испытуемый образцов с разными составами. Способ может быть также изменен посредством повторения способа для некоторого числа настроенных основных магнитных полей или магнитных полей B0, температур, и, необязательно, настроенных градиентных полей для моделирования неоднородностей B0.
В некоторых примерах зона измерения является зоной визуализации системы магнитно-резонансной визуализации.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является системой ядерно-магнитно-резонансной визуализации.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является спектрометром ядерного магнитного резонанса.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная антенна является соленоидной магнитно-резонансной антенной. Соленоидная магнитно-резонансная антенна выполнена с возможностью генерирования магнитного поля B1 в зоне дискретизации. Соленоидная антенна магнитно-резонансной визуализации ориентирована так, чтобы генерируемое магнитное поле B1 было перпендикулярно основному магнитному полю. Зона дискретизации находится в зоне измерения. Испытуемый образец находится в зоне дискретизации. В некоторых примерах зона дискретизации может быть такой большой, как зона измерения. В других примерах зона дискретизации является подмножеством или частью зоны измерения. Этот вариант осуществления может быть полезным для обеспечения более точного словаря магнитно-резонансной дактилоскопии. Размещение соленоидной магнитно-резонансной антенны перпендикулярно силовым линиям основного магнитного поля может обеспечить лучшее отношение сигнал-шум измерения магнитно-резонансных данных словаря.
В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап размещения субъекта в зоне получения данных магнитно-резонансного аппарата. Зона получения данных является зоной измерения или зоной визуализации. Термин «зона получения данных» используется для указания на то, что может быть использована зона измерения или визуализации другой или отличной системы или аппарата магнитно-резонансной визуализации. Способ может быть выполнен единственной магнитно-резонансной системой или способ может быть разделен между множественными магнитно-резонансными системами. По существу, в некоторых примерах магнитно-резонансный аппарат является таким же, как магнитно-резонансные системы. В этом случае зона измерения является идентичной зоне получения данных. Для этого примера способ может также содержать этап удаления испытательного приспособления и/или образца из магнитно-резонансной системы.
В других примерах магнитно-резонансный аппарат является отличным от магнитно-резонансной системы. В этом случае зона измерения является отличной от зоны получения данных.
Способ дополнительно содержит этап получения магнитно-резонансных данных субъекта посредством управления магнитно-резонансной системой с использованием инструкций последовательности импульсов. Инструкции последовательности импульсов заставляют магнитно-резонансный аппарат получать магнитно-резонансные данные согласно методу магнитно-резонансной дактилоскопии. Инструкции последовательности импульсов задают повторения последовательности импульсов. В некоторых примерах команды последовательности импульсов являются идентичными инструкциям последовательности импульсов. В других примерах инструкции последовательности импульсов отличаются от команд последовательности импульсов. Например, команды последовательности импульсов могут использовать систему градиентных магнитных полей для моделирования эффектов неоднородностей B0 в основном магнитном поле. В этом случае инструкции последовательности импульсов могут быть неспособными моделировать эти неоднородности. В других примерах инструкции последовательности импульсов могут также иметь фазовое или пространственное кодирование, которое отсутствует в командах последовательности импульсов.
Способ дополнительно содержит этап вычисления избытка каждого из набора заданных веществ посредством сравнения магнитно-резонансных данных субъекта со словарем магнитно-резонансной дактилоскопии. Испытуемый образец относится к набору заданных веществ.
В некоторых примерах магнитно-резонансная система и магнитно-резонансный аппарат являются идентичными. В других примерах магнитно-резонансная система и магнитно-резонансный аппарат являются разными. Например, магнитно-резонансная система может быть конкретным спектрометром ядерного магнитного резонанса или системой магнитно-резонансной визуализации, а магнитно-резонансный аппарат является отличным или другим ЯМР-спектрометром или системой магнитно-резонансной визуализации.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает инструмент, содержащий магнитно-резонансную систему для получения магнитно-резонансных данных из зоны измерения. Система магнитно-резонансной визуализации дополнительно содержит магнит для генерирования основного магнитного поля в зоне измерения. Инструмент дополнительно содержит испытательное приспособление для удерживания испытуемого образца в зоне измерения. Испытательное приспособление содержит катушку дополнительного магнитного поля и антенну магнитно-резонансной визуализации. Инструмент дополнительно содержит память для хранения машиноисполняемых инструкций и команд последовательности импульсов. Инструкции последовательности импульсов заставляют магнитно-резонансную систему получать магнитно-резонансные данные словаря согласно методу магнитно-резонансной дактилоскопии.
Инструкции последовательности импульсов задают серию повторений последовательности импульсов. Каждое повторение последовательности импульсов имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение последовательности импульсов содержит радиочастотный импульс, выбранный из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение последовательности импульсов содержит событие дискретизации, где магнитно-резонансный сигнал дискретизируют для заданного временного интервала при времени дискретизации до окончания повторения последовательности импульсов. Момент времени дискретизации выбирают из распределения времен дискретизации. Магнитно-резонансные данные словаря получают во время события дискретизации. Инструмент дополнительно содержит процессор для управления инструментом. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно выбирать электрический ток из распределения электрических токов. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляют процессор многократно управлять инструментом для подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля для настройки основного магнитного поля испытуемого образца.
Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно получать магнитно-резонансные данные словаря посредством управления магнитно-резонансной системой с использованием команд последовательности импульсов во время подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно добавлять магнитно-резонансные данные словаря в словарь магнитно-резонансной дактилоскопии. Преимущества такой системы обсуждались выше в контексте способа работы инструмента.
В некоторых примерах инструмент может содержать источник питания для подачи тока в катушку дополнительного магнитного поля. В других примерах источник питания для подачи тока в катушку дополнительного магнитного поля может быть тем же самым источником питания, который используется для управления или подачи тока в катушки градиентных магнитных полей системы магнитно-резонансной визуализации.
В других примерах словарь магнитно-резонансной дактилоскопии сохраняют в памяти.
Дополнительным преимуществом вышеупомянутого инструмента, а также способа, является то, что могут быть использованы больше сложные последовательности импульсов магнитно-резонансной дактилоскопии, чем может быть использовано в настоящее время. Например, могут существовать градиентные поля, которые прикладываются во время радиочастотного импульса. Также, типичное приближение при вычислении словарей магнитно-резонансной дактилоскопии состоит в том, что радиочастотный импульс является достаточно коротким для того, чтобы он мог быть аппроксимирован как мгновенный радиочастотный импульс. Использование инструмента или способа работы инструмента может обеспечить средство для использования более длинных радиочастотных импульсов без необходимости выполнения сложных или, возможно, неправильных вычислений того, каким должен быть словарь магнитно-резонансной дактилоскопии.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система дополнительно содержит магнитную градиентную систему, выполненную с возможностью генерирования градиентного магнитного поля в по меньшей мере одном направлении. Магнитная градиентная система, например, может содержать набор магнитных градиентных катушек и источник питания магнитных градиентных катушек.
В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно выбирать профиль неоднородности B0 из распределения профилей неоднородностей B0. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно управлять магнитной градиентной системой для генерирования постоянного градиентного магнитного поля для моделирования профиля неоднородности B0. Магнитно-резонансные данные словаря получают во время генерирования постоянного градиентного магнитного поля. Этот вариант осуществления может иметь пользу, состоящую в том, что неоднородности в основном магнитном поле или магнитном поле B0 могут быть точно смоделированы и эмпирически измерены.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является системой магнитно-резонансной визуализации. Градиентная система магнитных полей выполнена с возможностью генерирования градиентного магнитного поля или полей в трех ортогональных направлениях. Градиентная система магнитных полей дополнительно выполнена с возможностью генерирования фазокодированного градиентного магнитного поля в зоне измерения для пространственного кодирования магнитно-резонансных данных в по меньшей мере одном из трех направлений во время события дискретизации. Пространственное кодирование делит магнитно-резонансные данные на дискретные вокселы.
В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор вычислять по меньшей мере часть словаря магнитно-резонансной дактилоскопии посредством моделирования каждого из набора заданных веществ как одного или более спинов с использованием выбранных уравнений Блоха. Этот вариант осуществления является полезным, поскольку словарь магнитно-резонансной дактилоскопии может быть составлен эмпирически, а также посредством использования вычислений с использованием уравнений Блоха.
В другом варианте осуществления команды последовательностей импульсов содержат инструкции для изменения градиентных магнитных полей во время подачи по меньшей мере одного из радиочастотных импульсов по меньшей мере одного повторения последовательности импульсов. Этот вариант осуществления может быть полезным, поскольку вычисление эффектов изменения градиентных магнитных полей во время подачи по меньшей мере одного радиочастотного импульса может быть крайне трудным. Это может быть теоретически трудно вычислить вследствие множественных когерентностей. В этом варианте осуществления эффекты изменения градиентного магнитного поля во время подачи упомянутого по меньшей мере одного радиочастотного импульса могут быть измерены эмпирически. Это позволяет использовать протоколы или последовательности магнитно-резонансной дактилоскопии, которые обычно не могут быть реализованы.
В другом варианте осуществления команды последовательностей импульсов содержат инструкции, которые заставляют радиочастотный импульс по меньшей мере одного повторения последовательности импульсов быть длиннее 15 мс или даже длиннее 50 мс. В этом случае длительность радиочастотного импульса составляет приблизительно порядок времени спиновой релаксации. В случае радиочастотного импульса такой большой длительности может потребоваться большое время для точного вычисления словаря магнитно-резонансной дактилоскопии с использованием уравнений Блоха. Таким образом, этот вариант осуществления реализует путь создания словаря магнитно-резонансной дактилоскопии для последовательностей импульсов, которые обычно не могут быть использованы для магнитно-резонансной дактилоскопии.
В этом варианте осуществления мы можем представить последовательности серий мгновенных поворотов и релаксаций спина без необходимости тратить время на оценивание системы во время радиочастотных импульсов. С использованием приближения или эмпирических измерений нет необходимости решать дифференциальные уравнения для всей последовательности, а вместо этого можно использовать известные решения отдельных эволюционных этапов, например, короткие импульсы и длинные периоды релаксации.
В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор численно привести решение исходных уравнений Блоха в соответствие со словарем магнитно-резонансных данных для генерирования набора скорректированных уравнений Блоха. Скорректированные уравнения Блоха могут, например, иметь параметры, которые были настроены, или изменения. Например, модифицирование значений T1, T2, B0, и других значений может обеспечить в результате более точное вычисление.
Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно модифицировать по меньшей мере один параметр скорректированных уравнений Блоха. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно решать скорректированные уравнения Блоха для генерирования вычисленных магнитно-резонансных данных. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно добавлять вычисленные магнитно-резонансные данные в словарь магнитно-резонансной дактилоскопии. В этом примере уравнения Блоха численно приводятся в соответствие с эмпирически измеренными данными. Эти скорректированные уравнения Блоха могут быть затем использованы для моделирования дополнительных условий для расширения словаря магнитно-резонансной дактилоскопии. Таким образом, эмпирические измерения могут быть использованы для улучшения вычисленных частей словаря магнитно-резонансной дактилоскопии.
В другом варианте осуществления испытательное приспособление содержит держатель образца для приема испытуемого образца. Держатель образца является удаляемым из испытательного приспособления. Держатель образца является любым из следующего: одноразовым, стерилизуемым, поставляемым в стерильной упаковке и комбинацией этого.
В другом варианте осуществления инструмент дополнительно содержит систему управления температурой для управления температурой испытуемого образца во время получения магнитно-резонансных данных словаря. Это может быть полезным, поскольку температура образца может изменяться, и это может стать частью словаря магнитно-резонансной дактилоскопии.
В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно выбирать температуру измерения из распределения температур. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно управлять системой управления температурой для поддержания испытуемого образца при температуре измерения или в пределах заданного диапазона температуры инструмента. Магнитно-резонансные данные словаря получают, когда испытуемые образцы находятся в пределах заданного диапазона температур, который включает в себя температуру измерения.
В другом варианте осуществления система управления температурой является любой из следующих систем: системой управления температурой с принудительно подаваемым воздухом, электрическим нагревателем, термоэлектрическим элементом и системой управления температурой с текучей средой, такой как нагреватель или охладитель с текучей средой.
В другом варианте осуществления испытательное приспособление дополнительно содержит датчик магнитного поля для измерения напряженности магнитного поля, измеряемой в зоне визуализации. Электрический ток задают в виде требуемой напряженности магнитного поля. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять датчиком магнитного поля для измерения напряженности магнитного поля. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять инструментом для настройки электрического тока в катушке дополнительного магнитного поля так, чтобы разница между измеренной напряженностью магнитного поля и требуемой напряженностью магнитного поля была меньше заданного значения. Это может обеспечить улучшенный словарь магнитно-резонансной дактилоскопии.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает компьютерный программный продукт, содержащий машиноисполняемые инструкций для осуществления процессором управления инструментом. Инструмент содержит магнитную градиентную систему для измерения магнитно-резонансных данных из зоны измерения. Магнитно-резонансная система содержит магнит для генерирования основного магнитного поля в зоне измерения. Инструмент дополнительно содержит испытательное приспособление для удерживания испытуемого образца в зоне измерения. Тест содержит катушку дополнительного магнитного поля и антенну магнитно-резонансной визуализации. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно выбирать электрический ток из распределения электрических токов. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять инструментом для подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля для настройки основного магнитного поля испытуемого образца.
Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор получать магнитно-резонансные данные словаря посредством управления магнитно-резонансной системой с использованием команд последовательности импульсов во время подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля. Команды последовательности импульсов заставляют магнитно-резонансную систему получать магнитно-резонансные данные словаря согласно методу магнитно-резонансной дактилоскопии. Инструкции последовательности импульсов задают серию повторений последовательности импульсов. Каждое повторение последовательности импульсов имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение последовательности импульсов содержит радиочастотный импульс, выбранный из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться согласно распределению углов поворота спинов.
Каждое повторение последовательности импульсов содержит событие дискретизации, где магнитно-резонансный сигнал дискретизируют для заданного временного интервала при времени дискретизации до окончания повторения последовательности импульсов. Времени дискретизации выбирают из распределения времен дискретизации. Магнитно-резонансные данные словаря получают во время события дискретизации. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор добавлять магнитно-резонансные данные словаря в словарь магнитно-резонансной дактилоскопии.
Следует понимать, что один или более из вышеупомянутых вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть объединены, поскольку объединенные варианты осуществления не являются взаимоисключающими.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения только в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает пример магнитно-резонансной системы;
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций, которая иллюстрирует способ работы магнитно-резонансной системы с фиг. 1;
Фиг. 3 показывает пример магнитно-резонансного аппарата;
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций, которая иллюстрирует способ работы магнитно-резонансного аппарата с фиг. 3 и магнитно-резонансной системы с фиг. 1;
Фиг. 5 показывает несколько модификаций магнитно-резонансной системы с фиг. 1; и
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций, которая показывает пример способа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Одинаково пронумерованные элементы на этих фигурах либо являются эквивалентными элементами, либо выполняют одну и ту же функцию. Элементы, которые обсуждались ранее, не обязательно будут обсуждаться на последующих фигурах, если их функция является эквивалентной.
Фиг. 1 показывает пример инструмента 100. Инструмент 100 содержит магнитно-резонансную систему 102. В этом примере, магнитно-резонансная система 102 является системой магнитно-резонансной визуализации. Однако магнитно-резонансная система 102 может быть также спектрометром ядерного магнитного резонанса. Магнитно-резонансная система 102 имеет магнит 104. Магнит 104 является сверхпроводящим магнитом 104 цилиндрического типа с каналом 106, проходящим сквозь него. Использование магнитов других типов также возможно; например, также можно использовать как разделенный цилиндрический магнит, так и так называемый открытый магнит. Разделенный цилиндрический магнит является подобным стандартному цилиндрическому магниту за исключением того, что криостат разделен на две секции для обеспечения доступа к изоплоскости магнита, и такие магниты могут быть, например, использованы в сочетании с терапией пучком заряженных частиц. Открытый магнит имеет две секции магнита, одну над другой, с промежуточным пространством, которое достаточно велико для приема субъекта: схема расположения этих двух секций является подобной схеме расположения катушки Гельмгольца. Открытые магниты широко применяются, поскольку субъект является менее ограниченным. Внутри криостата цилиндрического магнита находится набор сверхпроводящих катушек. Внутри канала 106 цилиндрического магнита 104 находится зона 108 визуализации, где магнитное поле является достаточно сильным и достаточно однородным для выполнения магнитно-резонансной визуализации.
Внутри канала 106 магнита находится также набор градиентных катушек 110 магнитного поля, который используется для получения магнитно-резонансных данных для пространственного кодирования магнитных спинов в зоне 108 визуализации магнита 104. Градиентные катушки 110 магнитного поля соединены с источником 112 питания градиентных катушек магнитного поля. Предполагается, что градиентные катушки 110 магнитного поля являются типичными. Обычно градиентные катушки 110 магнитного поля содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник питания градиентных катушек магнитного поля подает ток в градиентные катушки магнитного поля. Током, подаваемым в градиентные катушки 110 магнитного поля, управляют в зависимости от времени, и он может быть пилообразным или импульсным.
Внутри канала 106 магнита находится испытательное приспособление 124, которое размещено на опоре 120 субъекта. Показано, что испытательное приспособление 124 находится в этом случае полностью в зоне 108 измерения. Это является, однако, только одним примером. Испытательное приспособление 124 может быть также большим, чем зона 108 измерения. Испытательное приспособление 124 может быть также неподвижно закрепленным внутри канала 106 магнита 104. Различные компоненты, показанные на фиг. 1, могут отсутствовать, если магнитно-резонансная система 102 является вместо этого спектрометром ядерного магнитного резонанса. Например, градиентные катушки 110 могут отсутствовать.
Показано, что испытательное приспособление 124 содержит катушку 126 дополнительного магнитного поля, которая может настраивать напряженность основного магнитного поля. Внутри катушки 126 дополнительного магнитного поля находится магнитно-резонансная антенна 128, которая имеет зону 130 дискретизации. Зона 130 дискретизации является областью, в которой магнитно-резонансная антенна 128 имеет чувствительность, достаточную для измерения магнитно-резонансных данных или генерирования магнитного поля B1. Показано, что испытуемый образец 132 расположен посредством испытательного приспособления 124 в зоне 130 дискретизации. Испытуемый образец 132 может иметь известный состав. Магнитно-резонансная антенна 128 в этом примере является соленоидной магнитно-резонансной антенной и генерирует магнитное поле B1 в направлении, обозначенном позицией 136. Стрелки 134 указывают на ориентацию силовых линий, генерируемых магнитом 104.
В этом конкретном примере, показанном на фиг. 1, стрелки 134 перпендикулярны стрелкам 136. Не обязательно использовать соленоидную магнитно-резонансную антенну или ориентировать соленоидную магнитно-резонансную антенну так, как показано на фиг. 1, но ориентация, показанная на фиг. 1, приводит к большему отношению сигнал-шум, чем в случае, когда катушка 128 ориентирована иным образом.
Показано, что магнитно-резонансная антенна 128 соединена с приемопередатчиком 116 системы 102 магнитно-резонансной визуализации. Показано, что катушка 126 дополнительного магнитного поля соединена с источником 112 питания градиентных катушек магнитного поля. В других примерах катушка 126 дополнительного магнитного поля может иметь свой собственный источник питания.
Опора 120 субъекта прикреплена к необязательному исполнительному механизму 122, который может перемещать опору субъекта и субъект 118 через зону 108 визуализации. Таким образом, может быть отображена большая часть субъекта 118 или весь субъект 118. Как видно, каждый из приемопередатчика 116, источника 112 питания градиентных катушек магнитного поля, и исполнительного механизма 122 соединен с аппаратным интерфейсом 128 компьютерной системы 126. Аппаратный интерфейс 142 соединен с процессором 144. Процессор 144 также соединен с пользовательским интерфейсом 146, компьютерным запоминающим устройством 148, и компьютерной памятью 150.
Показано, что компьютерное запоминающее устройство 148 содержит команды 152 последовательности импульсов. Команды 152 последовательности импульсов заставляют магнитно-резонансную систему 102 получать магнитно-резонансные данные 154 словаря согласно методу магнитно-резонансной дактилоскопии. Команды последовательности импульсов задают серию повторений последовательности импульсов. Каждое повторение последовательности импульсов имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение последовательности импульсов содержит последовательность радиочастотных импульсов, выбранную из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение последовательности импульсов содержит событие дискретизации, гдк магнитно-резонансный сигнал дискретизируют для заданного временного интервала при времени дискретизации до окончания повторения последовательности импульсов. Момент времени дискретизации выбирают из распределения времен дискретизации. Магнитно-резонансные данные словаря получают во время события дискретизации.
Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 140 содержит магнитно-резонансные данные 154 словаря, которые были получены с использованием команд 152 последовательности импульсов для управления системой 102 магнитно-резонансной визуализации. Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 140 содержит словарь 156 магнитно-резонансной дактилоскопии, который был составлен из различных величин из магнитно-резонансных данных 154 словаря.
Показано, что компьютерная память 150 содержит модуль 160 управления. Модуль 160 управления содержит машиноисполняемый код, который позволяет процессору 144 управлять работой и функционированием инструмента 100. Например, модуль 160 управления может реализовать различные способы управления инструментом и может позволить процессору 144 использовать команды 152 последовательности импульсов для управления системой 102 магнитно-резонансной визуализации. Дополнительно показано, что компьютерная память 150 содержит модуль 162 генерирования словаря магнитно-резонансной дактилоскопии. В других примерах, этот модуль 162 может иметь другие функции. Например, модуль 162 может составлять словарь 156 магнитно-резонансной дактилоскопии из полученных магнитно-резонансных данных 154 словаря.
В других примерах модуль 162 генерирования словаря магнитно-резонансной дактилоскопии может также моделировать дополнительные записи словаря магнитно-резонансной дактилоскопии с использованием уравнений Блоха. В других примерах, модуль 162 генерирования словаря магнитно-резонансной дактилоскопии может подбирать уравнения Блоха для получения магнитно-резонансных данных 154 словаря и затем изменять условия для вычисления дополнительных записей для словаря 156 магнитно-резонансной дактилоскопии.
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций, которая иллюстрирует способ работы инструмента 100 с фиг. 1. Способ начинается на этапе 200. Далее на этапе 202 выбирают электрический ток из распределения электрических токов. Это, например, может быть реализовано модулем 160 управления. Далее на этапе 204 электрический ток подают в катушку 126 дополнительного магнитного поля для настройки основного магнитного поля в зоне 108 измерения. Снова в примере, показанном на фиг. 1, предполагается, что масштаб испытательного приспособления 124 относительно системы 102 магнитно-резонансной визуализации не является точным. В некоторых примерах зона 108 измерения может полностью находиться внутри катушки 126 дополнительного магнитного поля.
Далее на этапе 206 получают магнитно-резонансные данные 154 словаря посредством управления системой 102 магнитно-резонансной визуализации с использованием команд 152 последовательности импульсов. Далее на этапе 208 добавляют магнитно-резонансные данные 154 словаря в словарь 156 магнитно-резонансной дактилоскопии. Способ затем переходит к этапу 210, который является блоком проверки условия. Вопрос состоит в том, были ли получены все изменения электрического тока. Если ответом является «нет», то тогда способ возвращается к этапу 202, и выбирают новый электрический ток из распределения электрических токов. Если ответом является «да», то тогда способ завершается на этапе 212.
Фиг. 3 показывает дополнительный пример инструмента 300. Инструмент 300 на фиг. 3 является подобным инструменту, показанному на фиг. 1. В этом примере, испытательное приспособление 124 не находится внутри канала 106 магнита 104. Вместо этого, субъект 304 находится в состоянии покоя на опоре 120 субъекта, и часть субъекта 304 находится в зоне 108 визуализации. Антенна 306 магнитно-резонансной визуализации расположена рядом с субъектом 304. Антенна 306 магнитно-резонансной визуализации соединена с приемопередатчиком 116.
Рядом с зоной 108 визуализации расположена радиочастотная катушка 114 для управления ориентациями магнитных спинов в зоне 108 визуализации и для приема радиопередач от спинов также в зоне 108 визуализации. Радиочастотная антенна может содержать множественные катушечные элементы. Радиочастотная антенна может также называться каналом или антенной. Радиочастотная катушка 114 соединена с радиочастотным приемопередатчиком 116. Радиочастотная катушка 114 и радиочастотный приемопередатчик 116 могут быть заменены отдельными передающей и принимающей катушками и отдельными передатчиком и приемником. Следует понимать, что радиочастотная катушка 114 и радиочастотный приемопередатчик 116 являются типичными. Предполагается, что радиочастотная катушка 114 также представляет специальную передающую антенну и специальную приемную антенну. Подобным образом, приемопередатчик 116 может также представлять отдельный передатчик и приемники. Радиочастотная катушка 114 может также иметь множественные приемные/передающие элементы, и радиочастотный приемопередатчик 116 может иметь множественные каналы приема/передачи.
Предполагается, что антенна 306 магнитно-резонансной визуализации является типичной для различных типов и конфигураций антенн магнитно-резонансной визуализации. Предполагается, что антенна 306 может также представлять многоэлементные антенны, соединенные через отдельные каналы с приемопередатчиком 116. Инструмент 300 может быть идентичным инструменту 100 с фиг. 1, и эти признаки могут быть объединены. Например, магнитно-резонансный словарь 156 может быть составлен с использованием испытательного приспособления 124, а затем испытательное приспособление 124 может быть удалено, так что субъекты 304 могут быть отображены с использованием магнитно-резонансной дактилоскопии в той же самой системе 302 магнитно-резонансной визуализации. В этом случае, система 302 магнитно-резонансной визуализации с фиг. 3 может быть идентичной магнитно-резонансной системе 102 с фиг. 1.
Показано, что компьютерное запоминающее устройство 148 содержит словарь 156 магнитно-резонансной дактилоскопии с фиг. 1. Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 148 содержит инструкции 308 последовательности импульсов. Инструкции 308 последовательности импульсов в некоторых случаях могут быть идентичными командам последовательности импульсов с фиг. 1. Однако они не обязательно должны быть идентичными. При составлении словаря магнитно-резонансной дактилоскопии наличие пространственного кодирования может быть ненужным. В этом случае инструкции 308 последовательности импульсов могут отличаться от команд последовательности импульсов с фиг. 1 тем, что инструкции 308 последовательности импульсов дополнительно содержат команды для управления градиентами 110 таким образом, чтобы магнитно-резонансные данные 310 субъекта имели пространственное кодирование, которое позволяет создавать изображение или пространственно разрешенные данные.
Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 140 содержит магнитно-резонансные данные 310 субъекта, которые были получены с использованием инструкций 308 последовательности импульсов. Предполагается, что при использовании здесь инструкции последовательности импульсов и команды последовательности импульсов являются либо инструкциями, либо данными, которые могут быть преобразованы в инструкции, для управления системой 102 или 302 магнитно-резонансной визуализации. Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 148 содержит данные 312 изображений магнитно-резонансной дактилоскопии, которые были созданы на основании магнитно-резонансных данных 310 субъекта и словаря 156 магнитно-резонансной дактилоскопии. Показано, что компьютерная память 150 содержит модуль 320 магнитно-резонансной дактилоскопии, который позволяет процессору 144 создавать данные 312 изображений магнитно-резонансной дактилоскопии на основании магнитно-резонансных данных 310 субъекта и словаря 156 магнитно-резонансной дактилоскопии. В примере, показанном на фиг. 1 и 3, возможно, чтобы содержимое памяти 148 и памяти 150 было объединено. Кроме того, возможно, чтобы содержимое памяти 148 и памяти 150 передавалось или копировалось в пределах друг друга. Пример с фиг. 1 и/или фиг. 3 может быть модифицирован таким образом, чтобы система магнитно-резонансной визуализации или аппарат 100 были эквивалентными спектрометру ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Без градиентных катушек 110, инструмент 100, 300 может выполнять 0-мерное измерение в зоне 108 визуализации.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций, которая показывает дополнительные этапы блок-схемы последовательности операций с фиг. 2. Для этапов 200-210 фиг. 4 является идентичной фиг. 2. После выполнения этапа 210 все различные параметры для словаря 156 магнитно-резонансной дактилоскопии были получены и добавлены в этот словарь, и способ переходит к этапу 400. На этапе 400 субъект 304 размещают в зоне 108 измерения. В некоторых примерах это может также включать в себя удаление испытательного приспособления 124. Далее на этапе 402 получают магнитно-резонансные данные 310 субъекта посредством управления системой 302 магнитно-резонансной визуализации с использованием инструкций 308 последовательности импульсов. Далее на этапе 404 вычисляют избыток каждого из набора заданных веществ посредством сравнения магнитно-резонансных данных 310 субъекта со словарем 156 магнитно-резонансной дактилоскопии. Это приводит к генерированию данных 312 изображений магнитно-резонансной дактилоскопии. После этапа 404 способ переходит к этапу 212, где способ завершается.
Примеры могут описывать путь для определения сигналов магнитно-резонансной дактилоскопии (МРД) эмпирически на основании образцов ткани in-vivo или ex-vivo с использованием специально разработанного МРД-аппарата и для создания словарей на основании этих сигналов. Этот аппарат позволяет получить высококачественные МРД-отклики-сигналы от соответствующих образцов материалов или тканей и позволяет генерировать эти отклики при разных изменениях поля B0, температурах, и т.д., в результате чего создается некоторое количество записей МРД-словаря для разных условий окружающей среды. Этот словарь может быть позже использован вместе с другими, общепринятыми словарями, генерируемыми посредством моделей Блоха, в стандартной МРД-системе для точного описания этих тканей.
Эта новая технология не требует вычисления спиновых откликов в программных средствах моделирования. Таким образом, она может быть использована для создания более сложных и уникальных дактилоскопических отпечатков реальных тканей и, наконец, может обеспечить своего рода «МР-гистологию».
Технология магнитно-резонансной дактилоскопии (МРД) является новой и очень многообещающей технологией для определения типов ткани посредством сравнения измеренного МР-отклика-сигнала (дактилоскопического отпечатка) с некоторым количеством предварительно вычисленных записей словаря. Было показано, что даже компоненты разных тканей в вокселе могут быть различены с использованием этого способа. Способ МР-дактилоскопии обещает новое качество МР-измерений, что может обеспечить применения МР-визуализации, которые до сих пор не были возможными.
Большой потенциал МРД следует из того факта, что многие параметры ткани одновременно кодируются в сигнале. Можно предположить, что точное описание ткани, даже «МР-гистология», может быть возможным в будущем.
В общепринятой магнитно-резонансной дактилоскопии словарь сигналов создают посредством вычисления спинового отклика на последовательность отпечатка на основе некоторого количества параметров ткани (таких как T1, T2, и т.д.) и внешних параметров (таких как изменения B0) с использованием соответствующих моделей посредством уравнений Блоха. Последовательность отпечатка должна быть разработана таким образом, чтобы отклик-сигнал мог быть вычислен за разумное время при условии, что все релевантные параметры ткани известны.
Словарь должен включать в себя записи для большого количества возможных значений внешних параметров, которые могут влиять на фактическое измерение, для обеспечения надежного соответствия между экспериментальными и смоделированными сигналами.
Описание ткани могло бы быть более точным и более надежным, если большее количество параметров ткани (таких как диффузия, перфузия, проводимость, T2*, …) будет включено в отпечаток. Однако это часто делает вычисление непрактичным или даже невозможным, а многие параметры даже не могут быть известны заранее. Некоторые ткани могут демонстрировать большое разнообразие и неоднородность также в микроскопическом масштабе, что затрудняет описание, управляемое простыми параметрами.
Эта проблема может быть преодолена посредством, фактически, приема МР дактилоскопических отпечатков из тканей или образцов тканей (in-vivo/ex-vivo) отдельно для образования словаря, образованного на основании экспериментальных, а не смоделированных данных. Однако условия, при которых выполнялись измерения, которые предназначены для создания записей МРД-словаря, могут отличаться от условий, которые используются для измерения их откликов в МРД-применениях.
Экспериментальные условия при МРД-калибровке и измерении применения могут существенно отличаться (в отношении конкретной среды B0, температуры, и т.д.), что приводит к совершенно разным откликам-сигналам на одну и ту же последовательность дактилоскопического отпечатка в обоих случаях, что делает в крайних случаях невозможным установление соответствия сигналов из одной и той же ткани или материала.
Таким образом, это изобретение описывает путь для определения дактилоскопических сигналов эмпирически на основании образцов ткани in-vivo или ex-vivo с использованием специально разработанного МРД-устройства и для создания словарей на основании этих сигналов. Это устройство позволяет генерировать другое поле B0 и изменения температуры (и т.д.), посредством чего создается некоторое количество записей МРД-словаря для разных условий окружающей среды.
Этот словарь может быть позже использован в стандартной МРД-системе для точного охарактеризования тканей.
Примеры могут содержать один или более из следующих признаков:
1. МРB-система, включающая в себя катушку магнитного поля для генерирования однородного магнитного поля смещения.
2. Компьютерная система и программное средство для измерения дактилоскопических сигналов на основе дактилоскопической последовательности и для компилирования дактилоскопического словаря.
3. Аппаратный интерфейс, позволяющий программному средству управлять магнитным полем смещения в визуализируемом объеме.
4. Набор известных образцов тканей, которые были или будут охарактеризованы гистологически.
Примеры могут включать в себя МРB-систему, которая снабжена дополнительным устройством, поддерживающим калибровку МРД-откликов ткани. Такое устройство показано на фиг. 5.
Фиг. 5 показывает дополнительный пример инструмента 100. Не все из признаков с фиг. 1 показаны на фиг. 5. Фиг. 5 показывает некоторые дополнительные признаки, которые могут быть добавлены к инструменту. Фиг. 5 показывает добавление зонда 500 поля, который может обеспечить измерение 502 поля для компьютера 140. Зонд 500 поля может быть использован в виде части контура обратной связи для лучшего управления изменением основного магнитного поля с использованием катушки 126 дополнительного магнитного поля или градиентных катушек 110. Также показано, что инструмент 100 дополнительно содержит блок 504 управления температурой. Блок 504 управления температурой управляется соединением 506 управления температурой, которое соединено с компьютером 140. Блок 504 управления температурой может содержать нагревательный или охлаждающий элемент, который используется для управления температурой испытуемого образца 132. Это может быть использовано для составления словаря магнитно-резонансной дактилоскопии, который имеет записи для отдельных температур.
На фиг. 5 образец ткани или испытуемый образец размещен внутри устройства, управляемого компьютером и связанного с МР-системой. Зонд поля, необязательно, внутри устройства, может быть включен в состав для передачи сигнала обратной связи к системе управления. Дополнительно, система управления и регулирования температуры и другие приспособления являются частями устройства.
Это устройство может быть снабжено катушкой дополнительного поля, которая выполнена таким образом, что она создает однородное поле B0 смещения в z-направлении внутри визуализируемого объема. Эта катушка может быть выполнена в виде соленоида, конфигурации Гельмгольца или конфигурации отдельных катушечных обмоточных блоков подобно МР-магниту. Устройство может быть дополнительно снабжено одним или более из следующих элементов:
- зонд измерения поля,
- блок управления температурой для поддержания образца, подлежащего измерению, при определенной температуре, которая может быть изменена во время курса измерений,
- собственная приемная антенна/блок с большим отношением сигнал-шум (SNR), использующие соленоид или технологию параллельного приема (если этого нет, то вместо этого могут быть использованы приемные антенны МР-системы).
Последовательность дактилоскопического отпечатка, используемая в примерах, не обязательно должна следовать какому-либо регулярному шаблону и не обязательно должна легко воспроизводиться программным средством МР-моделирования. Амплитуда радиочастотных сигналов, фаза радиочастотных сигналов, а также амплитуды градиентов могут быть произвольными функциями времени, но, предпочтительно, должны выбираться такие типы последовательностей, которые обеспечивают максимальное разнообразие откликов-сигналов. МРД-последовательности, приводящие к «сложным» спиновым откликам, которые не могут быть легко вычислены, являются предпочтительными, поскольку они могут кодировать большое количество параметров ткани, в результате чего создаются уникальные дактилоскопические отпечатки. Таким образом, дискретизация МРД-сигнала также не ограничена некоторыми моментами времени, а может быть выполнена в произвольные моменты времени во время последовательности.
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа управления инструментом. Блок-схема последовательности операций, показанная на фиг. 6, может считаться эквивалентной блок-схеме последовательности операций с фиг. 2. Сначала, на этапе 200 способ начинается. Далее на этапе 600 образец или испытательное приспособление размещают в магнитно-резонансной системе или системе магнитно-резонансной визуализации. Далее на этапах, обозначенных позициями 202 и 204, устанавливают контрольные параметры. Это может быть, например, установлением поля смещения, настройкой градиентных катушек и/или температуры на первое или следующее выбранное значение. Далее на этапе 206 получают магнитно-резонансные данные словаря. Затем на этапе 208 создают запись словаря для конкретного типа ткани и текущего условия окружающей среды, которые были заданы на этапах 202 и 204. Затем способ переходит к блоку 210 проверки условия с вопросом: «Были ли измерены все изменения параметров?». Если ответом является «нет», то тогда способ возвращается назад к блоку, обозначенному позициями 202 и 204. Если ответом является «да», то тогда составление словаря по меньшей мере для этого периода времени завершается, и способ переходит к этапу 212, где способ завершается.
Последовательность операций создания словаря показана на фиг. 6. Измерения методом дактилоскопии выполняют для некоторого количества разных условий окружающей среды (полей B0 смещения и, возможно, неоднородности B0) с использованием МР-системы и подходящего устройства. Для этой цели соответствующие дополнительные поля B0 смещения генерируются при необходимости катушками поля в устройстве. Следует отметить, что нерезонансный режим может быть также реализован посредством управления резонансной частотой МР-системы относительно ларморовой частоты.
Каждое измерение используется в качестве записи МРД-словаря, присваиваемой типу исследуемой ткани и немного отличающимся экспериментальным условиям. Эти измерения выполняют предпочтительно при температуре тела, но этот параметр может быть также изменен дополнительно, наряду с нерезонансным режимом, для создания большего количества записей для словаря.
Рассматриваемый тип ткани должен быть известным или должен быть идентифицирован посредством последующего гистологического или другого исследования. Соответствующие записи МРД-словаря затем обозначают согласно известному типу ткани.
Таким образом, могут быть созданы словари, содержащие записи для разных органов, типов или стадий опухолей, или для любой другой классификации тканей.
В одном варианте осуществления катушка магнитного поля смещения снабжена зондом поля для обеспечения сигнала обратной связи для управляющих электронных схем для более точной настройки требуемого магнитного поля.
В одном варианте осуществления для создания разных МРД-сигналов используются не только разные магнитные поля смещения, но и прикладываются разные градиентные поля во время измерений. Таким образом, моделируются условия окружающей среды с сильным пространственным изменением B0.
В одном варианте осуществления разные образцы тканей обрабатывают один за другим.
В одном варианте осуществления разные образцы тканей измеряют одновременно, причем сигналы от разных вокселов соответствуют разным образцам. Словарь заполняют записями для всех образцов тканей.
В одном варианте осуществления образцы тканей исследуют in-vivo, причем пациента или другой живой объект (частично) размещают внутри катушки поля смещения. Это может быть преимуществом, поскольку некоторые параметры ткани могут изменяться, когда образец ткани извлекается и анализируется ex-vivo.
В дальнейшем развитии этой идеи экспериментально определенные записи словаря могут быть согласованы со словарями на основе моделей Блоха для отображения тканей с использованием количественных величин/ характеристик.
Дальнейшим развитием этой идеи является объединение общепринятых словарей, создаваемых посредством моделей Блоха, со словарями, создаваемыми с помощью экспериментальных данных. Соответствующий механизм выбора может быть реализован в зависимости от того, желает ли пользователь использовать МРД для идентификации кортежей характеристик тканей (количественных величин - применимых только для моделируемых данных словаря) или информацию о классификации тканей (все данные).
Для дополнительного улучшения качества калибруемого словаря множественные средние значения могут быть получены для каждой установочной комбинации ткань/параметр, что приводит к большему SNR.
В то время как настоящее изобретение было показано и подробно описано в чертежах и приведенном выше описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
Другие изменения для раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия, и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множественного числа. Единственный процессор или другой блок может выполнять функцию нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся, зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе данных, например, оптическом носителе данных или твердотельном носителе данных, поставляемых совместно с другим аппаратным средством или в виде его части, но может также распространяться в других формах, например, через сеть Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать как ограничение ее объема.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
100 инструмент
102 магнитно-резонансная система
104 магнит
106 канал магнита
108 зона измерения или зона визуализации
108' зона получения данных
110 градиентные катушки магнитного поля
112 источник питания градиентных катушек магнитного поля
114 радиочастотная катушка
116 приемопередатчик
120 опора субъекта
122 исполнительный механизм
124 испытательное приспособление
126 катушка дополнительного магнитного поля
128 магнитно-резонансная антенна
130 зона дискретизации
132 испытуемый образец
134 направление линий магнитного поля B0 в зоне дискретизации
136 направление линий магнитного поля B1 в зоне дискретизации
140 компьютерная система
142 аппаратный интерфейс
144 процессор
146 пользовательский интерфейс
148 компьютерное запоминающее устройство
150 компьютерная память
152 команды последовательности импульсов
154 магнитно-резонансные данные словаря
156 словарь магнитно-резонансной дактилоскопии
160 модуль управления
162 модуль генерирования словаря магнитно-резонансной дактилоскопии
200 начало
202 выбрать электрический ток из распределения электрических токов
204 подать электрический ток в катушку дополнительного магнитного поля для настройки основного магнитного поля в зоне измерения
206 получить магнитно-резонансные данные словаря из испытуемого образца с использованием магнитно-резонансной антенны посредством управления магнитно-резонансной системой с использованием команд последовательности импульсов во время подачи электрического тока в катушку дополнительного магнитного поля
208 добавить магнитно-резонансные данные словаря в словарь магнитно-резонансной дактилоскопии
210 «Все изменения параметров были измерены?»
212 конец
300 инструмент
302 магнитно-резонансный аппарат
304 субъект
306 антенна магнитно-резонансной визуализации
308 инструкции последовательности импульсов
310 магнитно-резонансные данные субъекта
312 данные изображений магнитно-резонансной дактилоскопии
320 модуль магнитно-резонансной дактилоскопии
400 разместить субъекта в зоне получения данных магнитно-резонансного аппарата
402 получить магнитно-резонансные данные субъекта посредством управления магнитно-резонансным аппаратом с использованием инструкций последовательности импульсов
404 вычислить избыток каждого из набора заданных веществ посредством сравнения магнитно-резонансных данных со словарем магнитно-резонансной дактилоскопии
500 зонд поля
502 измерение поля
504 блок управления температурой
506 соединение управления температурой
600 разместить образец или испытательное приспособление в магнитно-резонансной системе