СИСТЕМА МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ИМЕЮЩАЯ ЗОНДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯ
MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM HAVING PROBES FOR FIELD INVESTIGATION

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способы магнитно-резонансной томографии, которые используют взаимодействие между магнитными полями и ядерными спинами для того, чтобы сформировать двумерные или трехмерные изображения широко используются в настоящее время, особенно в области медицинской диагностики, потому что для визуализации мягких тканей они превосходят другие способы визуализации во многих отношениях, не требуют ионизирующего излучения и, как правило, являются неинвазивными.
0
0
1
В соответствии с МРТ способом обычно тело пациента, подлежащего обследованию, располагается в сильном однородном магнитном поле B, направление которого в то же время определяет ось (обычно ось z) системы координат, с которой связано измерение. Магнитное поле Bсоздает различные энергетические уровни для отдельных ядерных спинов в зависимости от напряженности магнитного поля, которые могут возбуждаться (спиновый резонанс) посредством наложения электромагнитного переменного поля (РЧ-поля) определенной частоты (так называемой Ларморовской частоты, или МР частоты). С макроскопической точки зрения, распределение отдельных ядерных спинов производит общую намагниченность, которая может отклоняться из состояния равновесия посредством применения электромагнитного импульса соответствующей частоты (РЧ импульса), в то время как соответствующее магнитное поле B РЧ импульса простирается перпендикулярно оси z, так что намагниченность совершает прецессию вокруг оси z. Это движение намагниченности описывает поверхность конуса, чей угол апертуры именуется углом наклона вектора. Величина угла наклона вектора зависит от напряженности и продолжительности приложенного электромагнитного импульса. В примере так называемого 90° импульса, намагниченность отклоняется от оси z в поперечную плоскость (углом наклона вектора 90°).
1
2
После завершения РЧ-импульса намагниченность релаксирует обратно в исходное состояние равновесия, в котором намагниченность в направлении z снова возрастает с первой постоянной времени T (времени спин-решеточной или продольной релаксации), а намагниченность в направлении, перпендикулярном к направлению z, релаксирует со второй и меньшей постоянной времени Т (времени спин-спиновой или поперечной релаксации). Поперечная намагниченность и ее изменение может быть обнаружено посредством приемных РЧ-антенн (массивов катушек), которые расположены и ориентированы внутри исследуемого объема системы магнитно-резонансных исследований так, что изменение намагниченности измеряется в направлении, перпендикулярном оси z. Затухание поперечной намагниченности сопровождается дефазировкой, имеющей место после РЧ-возбуждения, вызванного локальными неоднородностями магнитного поля, облегчая переход из упорядоченного состояния с одинаковой фазой в состояние, в котором все фазовые углы равномерно распределены. Дефазировка может быть скомпенсирована посредством РЧ-импульса перефокусировки (например, 180° импульс). Это дает эхо-сигнал (спин-эхо) в приемных катушках.
0
Для того чтобы реализовать пространственное разрешение в субъекте, который подлежит томографии, таком как пациент, подлежащий обследованию, постоянные градиенты магнитного поля, простирающиеся вдоль трех главных осей, накладываются на однородное магнитное поле B, что приводит к линейной зависимости пространственной спин-резонансной частоты. Сигнал, захваченный в приемных антеннах (массивах катушек), в таком случае содержит компоненты различных частот, которые могут быть связаны с разными местоположениями в теле. Данные сигнала, полученные с помощью приемных катушек, соответствуют пространственно-частотной области волновых векторов сигналов магнитно-резонансной томографии и называются данными k-пространства. Данные k -пространства, как правило, включают в себя множество строк, полученных с различным фазовым кодированием. Каждая строка оцифровывается посредством отбора ряда образцов. Набор данных k-пространства преобразуется в МР изображение с помощью преобразования Фурье.
Поперечная намагниченность дефазирует также при наличии постоянных градиентов магнитного поля. Этот процесс можно развернуть в противоположном направлении подобно формированию индуцированных РЧ (спиновых) эхо-сигналов путем соответствующего изменения направления градиента на обратное с формированием так называемого градиентного эхо. Однако в случае градиентного эха влияние основных неоднородностей поля, химический сдвиг и другие нерезонансные воздействия не перефокусируются, в отличие от РЧ-перефокусированного (спинового) эха.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе магнитно-резонансных исследований, содержащей систему зондов для исследования поля с зондами для исследования поля.
Такая система магнитно-резонансных исследований известна из Европейской патентной заявки ЕР 1 582 886.
Известная система магнитно-резонансных исследований содержит главный магнит для создания стационарного магнитного поля. Сигналы магнитного резонанса собираются от объекта, подлежащего исследованию. С этой целью в соответствии с МР-последовательностью генерируются градиентные магнитные поля и радиочастотные поля. Кроме того, от зондов для исследования поля, расположенных вблизи объекта, собираются дополнительные данные. Дополнительные данные представляют собой изменения распределения магнитного поля, обусловленные переключением градиента. Эти изменения, будучи функцией переключения градиента, характеризуются так называемой функцией импульсного отклика градиента (GIRF), которая представляет собой ответное соотношение между переключением градиента и последующими изменениями магнитного поля. Эти дополнительные данные используются для регулировки МР-последовательности для устранения недостатков в распределении поля. Дополнительные данные также используются с полученным сигналом магнитного резонанса для реконструкции магнитно-резонансных изображений.
69
Также, в статье 'Gradient system characterisation by impulse response measurements with a dynamic field camera', S.J.Vannesjo и др., опубликованной в MRM, (2013), стр. 583-593, предложено определять комплексные градиентные импульсные функции отклика с использованием наблюдений полей с помощью динамической камеры исследования поля. Полная GIRF получается из подходящих комбинаций входных функций.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы зондов для исследования поля для системы магнитно-резонансных исследований, которая является более точной или подверженной меньшим ограничениям по сравнению с известной системой зондов, в отношении конфигурации системы магнитно-резонансных исследований и положения пациента, подлежащего обследованию, в зоне обследования. В частности задачей настоящего изобретения является обеспечение системы зондов для исследования поля, которая меньше зависит от пространства, доступного для размещения зондов для исследования поля.
Эта задача достигается посредством системы магнитно-резонансных исследований, имеющей зону обследования и содержащей
- главный магнит для генерации стационарного основного магнитного поля в зоне обследования и
- градиентную систему с одной или более градиентными катушками для генерации градиентного магнитного поля в зоне обследования,
модуль реконструкции, выполненный с возможностью
- получать доступ к сигналам магнитно-резонансной томографии из зоны обследования при текущей конфигурации и
- реконструировать магнитно-резонансное изображение из сигналов магнитно-резонансной томографии,
- систему зондов для исследования поля, включающую в себя
- несколько зондов для исследования поля для измерения распределения магнитного поля в зоне обследования,
- и причем система зондов для исследования поля выполнена с возможностью определения измеренного распределения магнитного поля (i) в зоне обследования по отношению к операции переключения градиентной системы и/или (ii) по отношению к возмущению магнитного поля, происходящему извне,
- модуль управления
- для управления системой зондов для исследования поля, выполненный с возможностью активации системы зондов для исследования поля для измерения распределения магнитного поля в более ранней конфигурации и
- для определения в более ранней конфигурации i) ответного соотношения между операцией переключения градиентных полей и распределением магнитного поля в зоне обследования и ii) ответного соотношения между возмущением магнитного поля, происходящим извне, и распределением магнитного поля в зоне обследования,
- память для сохранения ответного соотношения в связи с i) упомянутой операцией переключения градиентной системы и/или с (ii) упомянутым возмущением магнитного поля, происходящим извне, причем
- (a) градиентная система применяет ответное соотношение из памяти с операцией переключения градиентных полей и/или возмущением магнитного поля, происходящего извне, в текущей конфигурации в градиентной системе, так чтобы скомпенсировать активацию градиентных катушек в текущей конфигурации и/или
- (b) модуль реконструкции получает доступ к ответному соотношению из памяти с операцией переключения градиентных полей и/или возмущения магнитного поля, происходящего извне, в текущей конфигурации, причем модуль реконструкции выполнен с возможностью применения коррекций на основе ответного соотношения при реконструкции магнитно-резонансного изображения из сигналов магнитно-резонансной томографии, собранных в текущей конфигурации.
Понимание настоящего изобретения заключается в том, что в известной системе магнитно-резонансных исследований система зондов для исследования поля может функционировать должным образом только тогда, когда имеется достаточное пространство в зоне обследования как для (части) объекта, подлежащего исследованию, например пациента, так и для зондов для исследования поля. Понимание настоящего изобретения также заключается в том, что недостаток известной корректировки с помощью дополнительных данных, например, посредством GIRF, от зондов для исследования поля заключается в том, что либо дополнительные данные могут быть устаревшими, либо дополнительные данные чаще собираются при отдельных калибровках, которые требуют много времени. Также известнонепосредственноевключение в состав катушки для головы зондов для исследования поля, так что дополнительные данные могут быть собраны, в то время как пациент расположен в катушке для головы; оказывается, что этот подход применим только при томографии головы пациента. Однако, согласно изобретению, с одной стороны, измерение распределений стационарного магнитного поля и градиентного магнитного поля и, с другой стороны, сбор сигналов магнитно-резонансной томографии от пациента, подлежащего обследованию, разделены.
Как текущая, так и предыдущая конфигурации предназначены для сбора сигналов магнитно-резонансной томографии от пациента, подлежащего исследованию. То есть, как в предыдущей, так и в текущей конфигурациях могут быть собраны данные МР-изображения с высоким пространственным разрешением (которые представлены сигналами магнитно-резонансной томографии). Из них могут быть реконструированы данные МР-изображения (пациента, подлежащего обследованию). Эти данные МР-изображения имеют клиническую значимость в том отношении, что диагностическое качественное магнитно-резонансное изображение может быть реконструировано из этих данных MR-изображения. Данные MР-изображения могут быть собраны одновременно и в том же или параллельном потоке (потоках) данных со сбором данных посредством зондов для исследования поля. Операция переключения градиентных полей и/или возмущение магнитного поля, происходящее извне, в текущей конфигурации могут быть доступны из того, как работает градиентная система в текущей конфигурации, и путем измерения магнитных полей, происходящих извне, в текущей конфигурации. В рамках изобретения это одновременное получение измерений включает в себя то, что измерения с помощью зонда для исследования поля выполняются в интервале времени, который по меньшей мере частично перекрывается с интервалом времени, на котором собраны сигналы магнитно-резонансного изображения. Этот одновременный сбор может быть или может не быть взаимно синхронизирован в отношении того, чтобы интервалы измерений совпадали во времени. Кроме того, фактический вход битов данных соответствующих потоков данных может быть или может не быть взаимно смещенным или чередующимся на уровне отдельных (групп) бит до тех пор, пока интервалы измерения, которые охватывают измерение с помощью зондов и сбор сигналов магнитно-резонансной томографии в некоторой степени перекрываются по времени. Измерение распределения магнитного поля с помощью зондов для исследования поля и определение ответного соотношения в более ранней конфигурации может повторяться чаще, чем известная отдельная калибровка GIRF. Поскольку зонды могут измерять распределение магнитного поля и ответное соотношение может быть определено из этих измерений при получении клинически значимых данных МР-изображения, обновление ответного соотношения может быть сделано эффективным в отношении времени образом.
Распределение магнитного поля представляет пространственные изменения в зоне обследования основного стационарного магнитного поля и градиентных магнитных полей, которые временно накладываются для выбора спинов, которые должны управляться радиочастотными импульсами, и для пространственного кодирования сигналов магнитно-резонансной томографии. Градиентная система выполняет операции переключения, в которых электрические токи, подаваемые усилителем градиента, к одной или более градиентным катушкам переключаются так, что изменяются временные градиентные магнитные поля. В частности, градиентный усилитель управляется путем приложения градиентного сигнала, представляющего требуемые временные градиентные магнитные поля в виде градиентных импульсов. Изменения в прилагаемом градиентном сигнале приводят к изменению временного градиентного магнитного поля. Из-за переключения градиента и внешних причин, таких как внешние возмущения магнитного поля или механические колебания, возникает результирующее магнитное поле. Это результирующее магнитное поле представляет собой временное и пространственное изменение распределения магнитного поля, которое возникает из-за переключения градиента или внешних причин. Оказывается, что результирующее магнитное поле возникает как от основного магнитного поля, так и от градиентного магнитного поля из-за переключения градиентной системы или из внешних причин. Это результирующее магнитное поле представляет собой переходное стабилизирующееся поле основного магнитного поля и градиентных магнитных полей. В частности, это переходное стабилизирующееся поле включает в себя сопутствующие электромагнитные поля и электромагнитные поля, вызванные вихревыми токами, которые генерируются переключением градиентной системы.
Ответное соотношение представляет собой соотношение между (a) операциями переключения градиента и/или возмущениями магнитного поля, происходящими извне, и (b) результирующие распределения магнитного поля. Ответное соотношение, таким образом, также может быть названо как ответ поля, как ответное соотношение показывает, как магнитные (градиентные) поля реагируют на операции переключения градиента и возмущения магнитного поля, происходящие извне. Понимание изобретения может заключаться в том, что ответное соотношение, которое было определено в более ранней конфигурации, также справедливо в текущей конфигурации, в которой результирующее распределение магнитного поля может быть определено из ответного соотношения и операции переключения градиента и/или возмущений магнитного поля, происходящих извне в текущей конфигурации. Поскольку в этом случае результирующее распределение магнитного поля доступно в текущей конфигурации, возмущения могут быть компенсированы или исправлены.
Результирующее распределение магнитного поля может храниться в виде сжатых данных в памяти. Таким образом, база данных может быть построена из версий сжатых данных распределений результирующего магнитного поля, которые могут храниться в связи с операциями переключения градиентных полей и/или возмущений магнитного поля, происходящих извне, в более ранней конфигурации. Эта база данных формирует реализацию ответного соотношения между переключениями градиента и возмущениями магнитного поля, происходящих извне, и их распределениями результирующего магнитного поля. Ответное соотношение также может быть представлено в виде корреляции между переключением градиента или внешней причиной и последующим результирующим магнитным полем. Другими способами формирования ответного соотношения являются функция импульсного отклика, функция выходного ступенчатого сигнала или функция передачи модуляции результирующего магнитного поля, которое возникает после переключения градиента или указанных внешних причин. Ответное соотношение также может быть сформировано как параметризованная функция времени. Функция представляет собой временную эволюцию результирующего магнитного поля и ее параметрами являются, например, переключение градиента или внешние причины, к которым относится результирующее магнитное поле.
Ограничения, обусловленные наличием в зоне обследования пациента, подлежащего обследованию, больше не применимы к позиционированию зондов для исследования поля в зоне обследования, и наоборот. Пространственные распределения стационарных и градиентных магнитных полей измеряют зондами исследования поля в более ранней конфигурации, в которой зонды для исследования поля расположены в подходящих, предпочтительно оптимальных местах для измерения распределения магнитного поля в зоне обследования. В частности, на практике система зондов для исследования поля включает в себя ряд из 4 или предпочтительно от 8 до 32 зондов для исследования поля. Зонды для исследования поля предпочтительно расположены примерно в 10-15 см от изоцентра магнита. На более близком расстоянии к изоцентру зонды довольно нечувствительны к пространственным изменениям распределения магнитного поля более высокого порядка. На большом расстоянии от изоцентра в измерении пространственного распределения магнитного поля преобладают пространственные изменения более высокого порядка. Это делает оценку пространственных изменений более низкого порядка ненадежными. Кроме того, на больших расстояниях от изоцентра взаимодействие между РЧ передающей антенной (например, РЧ катушки для всего тела) и зондами для исследования поля становится сильнее. Эти взаимодействия делают измерения зондами для исследования поля ненадежными. Настоящее изобретение позволяет измерять распределение магнитного поля в более ранней конфигурации, в которой зонды для исследования поля расположены правильно, предпочтительно оптимально, для точного измерения распределения магнитного поля. В текущей конфигурации зонды для исследования поля не нужны. Результирующе магнитное поле, необходимое в текущей конфигурации, достигается хорошим приближением, измеренным из более ранней конфигурации и доступным из памяти. Более ранняя конфигурация, в которой измеряется распределение магнитного поля, может быть конфигурацией, в которой отображается один и тот же или другой объект, или вообще не отображается объект, и зонды для исследования поля расположены и используются для измерения распределения магнитного поля.
Распределение магнитного поля, измеренное в более ранней конфигурации и представленное его ответным соотношением в отношении переключения градиента или магнитных полей, происходящих извне, представляется полезным для использования в качестве оценки или приемлемого приближения распределения магнитного поля в текущей конфигурации. В частности, более ранняя конфигурация представляет собой геометрические схемы размещения зондов для исследования поля для измерения распределения магнитного поля в зоне обследования, а также геометрическую схему размещения из одного или более объектов, если они есть, в зоне обследования или вокруг нее и электромагнитных свойств, таких как распределение магнитной восприимчивости этих объектов. Эти результирующие магнитные поля, обусловленные переключением градиента или внешними возмущениями, не зависят от искажений поля из-за магнитной восприимчивости объекта, пациента или тест-фантома. Такой объект в более ранней конфигурации может быть частью тела пациента, подлежащего обследованию, или здорового добровольца или тест-фантом из материала заданного состава. Часть тела в более ранней конфигурации может быть частью тела того же пациента, подлежащего обследованию в текущей конфигурации или может быть частью тела другого человека. Часть тела в более ранней конфигурации и в текущей конфигурации могут быть разными частями тела одного и того же пациента, подлежащего обследованию. Таким образом, только в более ранней конфигурации должно быть достаточно места для размещения зондов для исследования поля, а в текущей конфигурации может и не быть места для размещения каких-либо зондов для исследования поля. Представляется весьма практичным использование конфигурации МР-томографии с головой пациента в катушке (например, «птичья клетка», или антенная решетка) для головы в качестве более ранней конфигурации. Затем, в текущей конфигурации, образованной животом пациента и локальной решеткой РЧ-катушки, магнитное поле от распределения из более ранней конфигурации представляется весьма полезным для компенсации градиентного поля или для применения коррекции при реконструкции в текущей конфигурации.
непосредственно
NMR probes for measuring magnetic field and field dynamics in MR system»
Результирующее магнитное поле, обусловленное переключением градиента, обычно происходит в масштабе времени 1-1000 мкс, обычно 300 мкс. Система зондов для исследования поля способна измерять распределение магнитного поля, обусловленного переключением градиента, с временным разрешением 1-10 мкс. Чтобы измерить влияние магнитного поля на переключение градиента, полезно использовать разрешение выборки 1-100 мкс, предпочтительно 3-30 мкс. Для измерения возмущений магнитного поля движущимися объектами и питающими линиями достаточно временного разрешения 1 мс. Система зондов для исследования поля способна измерять изменения напряженности магнитного поля 1-10 мкТ или величины градиента 1-200 мкТ/м. Система зондов для исследования поля, имеющая такие возможности, известна  из работы « N. De Zanche et al. in MRM60(2008)176-186.
Измеренное распределение магнитного поля или предпочтительно его ответное соотношение может быть использовано для вычисления текущего результирующего магнитного поля. То есть результирующее магнитное поле, связанное с ранее измеренным распределением магнитного поля, является достаточной аппроксимацией результирующего магнитного поля текущей конфигурации. Представляется, что измеренное распределение магнитного поля в опорной конфигурации часто является близким представлением результирующего магнитного поля в текущей конфигурации. Кроме того, ранее измеренное распределение магнитного поля может, посредством его ответного соотношения, использоваться для настройки частот передачи и частот демодуляции для учета результирующего магнитного поля в текущей конфигурации. При реконструкции магнитно-резонансного изображения ранее измеренное распределение магнитного поля, или предпочтительно ответное соотношение, можно использовать для исправления ошибок вследствие влияния текущего результирующего магнитного поля. Альтернативно, ранее измеренное распределение магнитного поля, особенно его ответное соотношение, может использоваться для управления градиентной системой для компенсации результирующего магнитного поля, создаваемого переходными воздействиями из-за переключения градиента. Это достигается за счет активации градиентных катушек, т.е. подачей электрических токов на градиентные катушки, основываясь на ранее измеренном распределении поля. Другими словами, электрические токи в градиентных катушках регулируются с учетом ранее измеренного распределения магнитного поля или ответного соотношения, которое его представляет, чтобы скомпенсировать результирующие магнитные поля в текущей конфигурации особенно в виде переходных воздействий сопутствующих электромагнитных полей и токовихревых откликов, обусловленных переключением градиента в зоне обследования.
Система зондов для исследования поля в системе магнитно-резонансных исследований по изобретению способна предоставлять данные для учета результирующего основного магнитного поля и градиентного магнитного поля в ситуациях, даже если нет достаточного пространства в зоне обследования как для части тела пациента, подлежащего обследованию, так и для зондов для исследования поля. Это основано на понимании того, что отклики распределений поля, обусловленные переключением градиента или другими причинами, хорошо воспроизводимы. Таким образом, распределение магнитного поля, измеренное в более ранней конфигурации в зависимости от переключения градиентной системы, можно использовать для компенсации приложения градиентного магнитного поля в результирующем магнитном поле в текущей конфигурации. Кроме того, распределение магнитного поля, измеренное в более ранней конфигурации или ответное соотношение, представляющее результирующее магнитное поле в зависимости от переключения градиентной системы, можно использовать для коррекции результирующих магнитных полей при реконструкции.
Раскрыта система магнитно-резонансных исследований, содержащая систему зондов для исследования поля для измерения распределения магнитного поля от основного магнитного поля и от градиентного магнитного поля. Измерения выполняются в более ранней конфигурации и дают результирующее магнитное поле, обусловленное переключением градиента или внешними причинами. Из измеренного результирующего магнитного поля выводится ответное соотношение и сохраняется в памяти. Ответное соотношение из памяти доступно для компенсации активации градиентных полей или коррекции при реконструкции для ответного соотношения при реконструкции. Эта компенсация или коррекция могут быть выполнены в текущей конфигурации. Таким образом, в текущей конфигурации зонды для исследования поля необходимы.
Эти и другие аспекты изобретения будут дополнительно разработаны со ссылкой на варианты осуществления, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.
В предпочтительном варианте осуществления системы магнитно-резонансных исследований по изобретению система зондов для исследования поля выполнена с возможностью последовательного измерения распределения магнитного поля в различных более ранних конфигурациях в зависимости от (i) операции переключения градиентной системы и/или (ii) возмущения магнитного поля, происходящего извне. Измерения распределения магнитного поля из нескольких последовательных различных более ранних конфигураций могут быть использованы для построения точного представления результирующего магнитного поля в зависимости от различных переключений градиента и/или происходящих извне от системы магнитно-резонансных исследований возмущений магнитного поля. Это может быть реализовано так, что каждый раз, когда активируется система зондов для исследования поля, ответное соотношение сохраняется для этой более ранней конфигурации. Система зондов для исследования поля может быть выполнена с возможностью автоматического измерения распределения магнитного поля. Альтернативно, системе зондов для исследования поля может быть указано активировать измерение распределения магнитного поля в более ранней конфигурации. Это можно сделать, например, когда содержимое памяти утратило актуальность, поскольку последняя запись была сделана раньше, чем заданный временной интервал до текущей даты. Измерения распределения магнитного поля зондами для исследования поля могут быть сделаны в более ранних конфигурациях в течение или одновременно с получением данных МР-томографии. Эти примеры системы зондов для исследования поля обладают возможностью самообучения в том отношении, что из измерений распределения магнитного поля в более ранних конфигурациях создается коллекция ответных соотношений, которую можно использовать для учета результирующих магнитных полей в текущей конфигурации. Кроме того, поскольку в текущей конфигурации ответное соотношение доступно из памяти, зонды для исследования поля не нужны в текущей конфигурации.
В другом примере системы магнитно-резонансных исследований по изобретению система зондов для исследования поля выполнена с возможностью определения корреляции между измеренным распределением магнитного поля от зондов и (i) операцией переключения градиентной системы и/или (ii) возмущением магнитного поля, происходящим извне, и сохранения определенной корреляции как представления упомянутого измеренного распределения магнитного поля. Поскольку в качестве представления результирующего магнитного поля необходимо сохранить только корреляцию операции переключения градиента или внешнего возмущения магнитного поля, требуется небольшая емкость памяти. Это представление может быть реализовано как функция импульсного отклика. Функция импульсного отклика может быть вычислена из измеренного распределения магнитного поля и применяемого переключения градиента или обнаруженного внешнего возмущения. В одном очень простом примере корреляция или ответное соотношение формируется как простой масштабный коэффициент. То есть, например, фактическое результирующее магнитное поле просто масштабируется с учетом требования переключения градиента или с учетом внешнего возмущения магнитного поля. Например, в более ранней конфигурации градиентное поле 10,2 мТ/м измеряют в ответ на примененный запрос градиента 10,0 мТ/м, тогда масштабный коэффициент составляет 1,02, что можно использовать в текущей конфигурации для того, чтобы компенсировать примененный запрос градиента или для корректировки при реконструкции. В более сложной ситуации может иметь место линейная зависимость, которая может быть представлена матрицей, между результирующими магнитными полями и внешними причинами, такими как возмущениями магнитного поля, производимыми извне.
Обычно измерение распределения магнитного поля в более ранней конфигурации происходит в более ранний момент времени, чем сбор сигналов магнитно-резонансной томографии в текущей конфигурации. Однако измерение распределения магнитного поля может быть выполнено даже после сбора сигналов магнитно-резонансной томографии, а ответное соотношение можно использовать для корректировки при реконструкции магнитно-резонансного изображения из сигналов магнитно-резонансной томографии.
В еще одном примере системы магнитно-резонансных исследований по изобретению один или более дополнительных датчиков магнитного поля предназначены для измерения внешних возмущений поля. Затем, на основе измеренных внешних возмущений поля результирующее поле извлекается из памяти, что соответствует измеренному возмущению магнитного поля в текущей конфигурации.
Эти датчики магнитного поля обнаруживают возмущения магнитного поля, на которые могут реагировать основное магнитное поле и градиентные магнитные поля. Например, такие возмущения магнитного поля могут быть вызваны внешними причинами, такими как проезжающие транспортные средства или линии электропередачи. Внутренние источники, такие как система криостатического охлаждения системы магнитно-резонансных исследований, дополнительное электрооборудование, такое как вентиляторы, могут также вызывать возмущения магнитного поля. Распределение магнитного поля в зоне обследования измеряют посредством системы зондов для исследования поля в зависимости от обнаруженных возмущений магнитного поля. Оказывается, что результирующее магнитное поле сильно и воспроизводимо коррелирует с обнаруженными возмущениями магнитного поля. Таким образом, ранее измеренное результирующее магнитное поле генерируется в зависимости от обнаруженного возмущения магнитного поля, а ответное соотношение, которое его представляет, выводится в частности в более ранней конфигурации. Когда, впоследствии, в текущей конфигурации обнаруживается распределение магнитного поля, приложение градиентного магнитного поля и/или реконструкция магнитно-резонансного изображения может быть скорректирована благодаря отклику распределения магнитного поля, например, используя ответное соотношение, связанное с ним, которое измеряли ранее в соответствующей более ранней конфигурации для обнаруженного возмущения магнитного поля.
В другом примере предлагается система магнитно-резонансных исследований по изобретению с датчиками движения, в частности для обнаружения вибраций структурных компонентов, в частности, градиентных катушек и катушек основного магнитного поля. Оказывается, что такие вибрации генерируют распределения результирующего магнитного поля. Система зондов для исследования поля выполнена с возможностью измерения распределения магнитного поля, а связанное с ним ответное соотношение выводится из более ранней конфигурации в зависимости от обнаруженных вибраций. Затем, когда в текущей конфигурации обнаруживается вибрация, то применение градиентного магнитного поля и/или реконструкцию магнитно-резонансного изображения можно скорректировать благодаря результирующему распределению магнитного поля, например, используя ответное соотношение, связанное с ним, для обнаруженной вибрации, которая была измерена ранее в более ранней конфигурации.
В другом примере предлагается система магнитно-резонансных исследований по изобретению с датчиками температуры, в частности для определения температуры структурных компонентов, в частности, градиентных катушек и катушек основного магнитного поля. Оказывается, что такие распределения результирующего магнитного поля, обусловленные переключением градиента, зависят от температуры. Система зондов для исследования поля выполнена с возможностью измерения распределения магнитного поля в более ранней конфигурации в зависимости от измеренной температуры. Система зондов для исследования поля выводит ответное соотношение в зависимости от измеренной температуры. Затем, когда в текущей конфигурации определяется температура, например, градиентной катушки, то применение градиентного магнитного поля и/или реконструкцию магнитно-резонансного изображения можно скорректировать благодаря результирующему распределению магнитного поля для измеренной температуры. Другими словами, ранее измеренное распределение магнитного поля измеряют в зависимости от измеренной температуры в более ранней конфигурации. В текущей конфигурации, ответное соотношение извлекается из измеренной температуры в текущей конфигурации. Таким образом, температурные зависимости ответного соотношения должным образом учитываются.
Изобретение также относится к способу магнитно-резонансной томографии как определено в п.7 и 8 формулы изобретения. Этот способ магнитно-резонансной томографии по изобретению позволяет сделать ответные соотношения доступными без потребности в зондах для исследования поля в текущей конфигурации. Изобретение дополнительно относится к компьютерной программе, как определено в п. 9 формулы изобретения. Компьютерная программа по изобретению может быть обеспечена на носителе данных, таком как диск CD-ROM или USB-накопитель, или компьютерная программа по изобретению может быть загружена из сети передачи данных, такой как всемирная сеть Интернет. Если она установлена на компьютере, включенном в состав системы магнитно-резонансной томографии, система магнитно-резонансной томографии позволяет работать в соответствии с изобретением и обеспечивает доступ к информации или представление ответных соотношений без необходимости использования зондов для исследования поля в текущей конфигурации.
В качестве более ранней конфигурации можно также использовать отдельную опорную конфигурацию, в которой зонды для исследования поля оптимально расположены для измерения распределения магнитного поля. В такой опорной конфигурации можно использовать тест-фантом, у которого заранее определены магнитно-резонансные свойства (состав материала, например, протонная плотность и времена затухания намагниченности). Альтернативно, в опорной конфигурации зона обследования может быть оставлена пустой, за исключением зондов для исследования поля и, возможно, катушки РЧ-приемной катушки, в которой установлены зонды для исследования поля.
Например, в более ранней конфигурации тест-фантом может быть помещен в зоне обследования, или ни один объект, который должен отображаться, не помещается в зону обследования, а в текущей конфигурации часть пациента, подлежащего исследованию, находится в зоне обследования. В другом примере, в более ранней конфигурации опорная часть тела пациента располагается в зоне обследования, в более ранней конфигурации в текущее время исследуемая (другая) часть тела пациента располагается в зоне обследования, или зона обследования остается пустой, за исключением зондов для исследования поля. Даже в более ранних и текущей конфигурациях, соответственно, можно использовать части тела разных пациентов, подлежащих томографии. В частности, фантом или опорная часть имеют такие размеры, что, когда они помещены в зону обследования, остается достаточно места для размещения зондов для исследования поля в правильных положениях в зоне обследования. Таким образом, достигается точное измерение, в частности, пространственных изменений низшего порядка магнитного поля в зоне обследования. При томографии имеющейся на данный момент части тела нет необходимости в зондах для исследования поля, поскольку текущее результирующее магнитное поле рассчитывается из ответного соотношения от ранее измеренного распределения магнитного поля. Таким образом, для томографии имеющейся на данный момент части тела зонды для исследования поля могут быть убраны. В типичном примере раннее измеренное распределение магнитного поля может быть измерено с головой пациента, размещенной в зоне обследования, и зондами для исследования поля, расположенными вокруг головы пациента. Например, зонды для исследования поля могут быть интегрированы в РЧ передающую/приемную катушку для головы (матричного типа, типа TEM или «птичья клетка»), которая используется для сбора сигналов магнитно-резонансной томографии от головы пациента. Затем в текущей конфигурации брюшную полость пациента или грудную клетку помещают в зону обследования и удаляют зонды для исследования поля. Поскольку живот или грудная клетка пациента могут занимать большую часть пространства зоны обследования или даже плотно прилегать к каналу главного магнита системы магнитно-резонансных исследований, для размещения зондов для исследования поля может не быть места. Понимание настоящего изобретения заключается в том, что распределение магнитного поля, измеренное у головы пациента (т.е. в более ранней конфигурации) будет по-прежнему действительным для коррекции результирующих магнитных полей стационарного основного магнитного поля и градиентного магнитного поля, при сборе сигналов магнитно-резонансной томографии от живота или грудной клетки пациента (т.е. в текущей конфигурации). В частности, основное магнитное поле и/или градиентное магнитное поле, или ответные соотношения, представляющие результирующие магнитные поля, (i) как измеренные в то время, когда томографируется голова пациента, так и (ii) применяемые, когда томографируется живот пациента, по большей части отличаются незначительно.
Эти и другие аспекты изобретения будут освещены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже и со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре схематично изображена система магнитно-резонансной томографии, в которой используется изобретение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фигуре схематически изображена система магнитно-резонансной томографии в которой используется изобретение. Система магнитно-резонансной томографии включает в себя главный магнит с набором основных катушек 10, посредством которых генерируется постоянное однородное магнитное поле. Основные катушки сконструированы, например, таким образом, что образуют канал, чтобы окружить туннелеобразное пространство для исследования. Пациент, подлежащий обследованию, помещается на устройстве транспортировки пациента, которое скользит в это туннелеобразное пространство для исследования. Система магнитно-резонансной томографии также включает в себя ряд градиентных катушек 11, 12, посредством которых магнитные поля, проявляющие пространственные изменения, особенно в виде временных градиентов в отдельных направлениях, генерируются так, чтобы быть наложенными на однородное магнитное поле. Градиентные катушки 11, 12 соединены с управлением 21 градиентом, которое включает в себя один или более усилителей градиента и управляемый блок питания. Градиентные катушки 11, 12 возбуждаются посредством подачи электрического тока с помощью блока 21 подачи питания; с этой целью блок подачи питания оснащен электронной схемой усиления градиента, которая подает электрический ток к градиентным катушкам, чтобы генерировать градиентные импульсы (также называемые «градиентными колебаниями») соответствующей временной формы. Величина, направление и продолжительность градиентов управляются с помощью блока подачи питания. Система магнитно-резонансной томографии также включает в себя передающую и приемную антенны (катушки или массивы катушек) 13, 16 для генерации РЧ-импульсов возбуждения и для приема сигналов магнитно-резонансной томографии, соответственно. Передающая катушка 13 предпочтительно выполнена в виде катушки 13 для всего тела, которая может окружать (часть) подлежащего исследованию объекта. Катушка для всего тела обычно располагается в системе магнитно-резонансной томографии таким образом, что пациент 30, подлежащий обследованию, заключается в катушку 13 для всего тела, когда он или она располагается в системе магнитно-резонансной томографии. Катушка 13 для всего тела выступает в качестве передающей антенны для передачи РЧ-импульсов возбуждения и РЧ-импульсов перефокусировки. Предпочтительно, чтобы катушка 13 для всего тела вызывала пространственно однородное распределение интенсивности передаваемых РЧ-импульсов (RFS). Та же самая катушка или антенна обычно используется попеременно как передающая катушка и приемная катушка. Как правило, принимающая катушка включает в себя множество элементов, каждый из которых обычно образует одну петлю. Возможны различные геометрии формы петли и расположения различных элементов. Передающая и принимающая катушка 13 соединена с электронной передающей и приемной схемой 15.
Следует отметить, что существует один (или несколько) радиочастотных антенных элементов, которые могут работать как передающие и приемные; дополнительно, как правило, пользователь может выбрать использование приемной антенны, связанной с конкретным применением, которая обычно формируется как массив принимающих элементов. Например, массивы 16 поверхностных катушек можно использовать в качестве приемных и/или передающих катушек. Такие массивы поверхностных катушек имеют высокую чувствительность в сравнительно небольшом объеме. Принимающая катушка соединена с предусилителем 23. Предусилитель 23 усиливает РЧ-резонансный сигнал (MS), принимаемый приемной катушкой 16, и усиленный РЧ-резонансный сигнал подается на демодулятор 24. Приемные антенны, такие как массивы поверхностных катушек, соединены с демодулятором 24, а принятые предварительно усиленные сигналы (МS) магнитно-резонансной томографии демодулируются с помощью демодулятора 24. Предусилитель 23 и демодулятор 24 могут быть реализованы в цифровом виде и встроены в массив поверхностных катушек. Демодулированные сигналы (DMS) магнитно-резонансной томографии подаются на блок реконструкции. Демодулятор 24 демодулирует усиленный РЧ-резонансный сигнал. Демодулированный резонансный сигнал содержит фактическую информацию о локальных плотностях спина в части объекта, которая будет отображаться. Кроме того, передающая и приемная схема 15 соединена с модулятором 22. Модулятор 22 и передающая и приемная схема 15 активируют передающую катушку 13, чтобы передавать РЧ импульсы возбуждения и перефокусировки. В частности, массивы 16 приемных поверхностных катушек соединены с передающей и приемной схемой посредством беспроводной линии связи. Данные сигнала магнитно-резонансной томографии, принятые массивами 16 поверхностных катушек, передаются на передающую и приемную схему 15 и управляющие сигналы (например, для настройки и расстройки поверхностных катушек) отправляются на поверхностные катушки по беспроводной линии связи.
Блок реконструкции извлекает один или более сигналов изображения из демодулированных сигналов (DMS) магнитно-резонансной томографии, эти сигналы изображения представляют информацию изображения отображаемой части объекта, подлежащего обследованию. Блок 25 реконструкции на практике сконструирован предпочтительно как блок 25 цифровой обработки изображений, который запрограммирован так, чтобы извлекать демодулированные сигналы магнитно-резонансной томографии, которые представляют информацию об изображении части объекта, который отображается. Сигнал на выходе реконструкции подается на монитор 26, так что реконструированное магнитно-резонансное изображение может отображаться на мониторе. Альтернативно возможно хранить сигнал от блока 25 реконструкции в блоке 27 буфера, пока ожидается дальнейшая обработка или отображение.
Система магнитно-резонансной томографии по изобретению также снабжена блоком 20 управления, например, в виде компьютера, который включает в себя (микро) процессор. Блок 20 управления управляет исполнением РЧ-возбуждений и применением временных градиентных полей. С этой целью компьютерная программа по изобретению загружается, например, в блок 20 управления и блок 25 реконструкции.
Система магнитно-резонансных исследований по изобретению снабжена несколькими (например, 4, 8 или 32) зондами 101 для исследования поля, которые предпочтительно установлены в катушке 16 для головы. Зонды для исследования поля измеряют распределение магнитного поля, обусловленное переключением градиента, и/или внешними возмущениями магнитного поля. Зонды 101 для исследования поля соединены с модулем 102 управления зондами для исследования поля. Модуль 102 управления зондами для исследования поля управляет зондами для исследования поля с тем, чтобы провести измерения распределения магнитного поля, когда катушка 16 для головы находится в положении более ранней конфигурации. Результаты измерения предоставляются модулю 102 управления зондами для исследования поля для определения распределения магнитного поля, обусловленного переключением градиента или внешним возмущением магнитного поля. В этой более ранней конфигурации ни один объект, кроме катушки 16 для головы с зондами для исследования поля, не помещается в зону обследования системы магнитно-резонансных исследований. В другой реализации распределение магнитного поля может быть измерено, пока томографируется голова пациента, подлежащего обследованию. Из измеренного распределения магнитного поля, вычисляется ответное соотношение, например, в виде функции импульсного отклика, посредством арифметического блока 103, а затем сохраняется в памяти 104. Зонды 101 для исследования поля, управление 101 зондами для исследования поля с арифметическим блоком 102 и памятью 104 составляют систему зондов для исследования поля. Управление 101 зондами для исследования поля с арифметическим блоком 102 и память 104 могут быть объединены, в частности, в виде программных модулей, в блок 20 обработки системы магнитно-резонансных исследований. Также управление 121 градиентом интегрировано в блок 20 обработки. Управление 121 градиентом генерирует градиентные сигналы, которые подаются в усилитель 20 мощности для активации градиентных катушек 12 в соответствии с формами градиентных сигналов.
Сохраненное представление ответного соотношения, в частности функции импульсного отклика, может использоваться для управления управлением 121 градиентом для компенсации ответного соотношения при активации градиентных катушек 12. Сохраненное представление ответного соотношения может также использоваться для корректировки поля ответа при реконструкции магнитно-резонансного изображения из собранных сигналов магнитно-резонансной томографии. Поскольку представление ответного соотношения доступно в памяти 104, в текущей конфигурации нет необходимости в измерениях ответного поля зондами для исследования поля. Таким образом, в текущей конфигурации катушку 16 для головы с зондами для исследования поля можно удалить и, например, заменить на локальную матрицу 16 передней катушки для получения сигнала магнитно-резонансной томографии из области брюшной полости пациента. В текущей конфигурации, сигналы магнитно-резонансной томографии также могут быть собраны РЧ-катушкой 13 для всего тела.
Система магнитно-резонансных исследований дополнительно снабжена одним или несколькими датчиками 105 магнитного поля для измерения возмущений магнитного поля. Такие возмущения магнитного поля могут иметь внешнюю причину, такую как проезжающее транспортное средство, или обусловлены активностью находящихся поблизости линий электропередач. Другие возмущения магнитного поля могут быть вызваны криостатической системой системы магнитно-резонансных исследований (не показана). Возмущения магнитного поля предоставляются измеренными зондами 101 для исследования поля в катушке 16 для головы (то есть в более ранней конфигурации). На основе обнаруженного возмущения магнитного поля в текущей конфигурации (где зонды для исследования поля недоступны) ответное соотношение, например, функция импульсного отклика, результирующего магнитного поля, обусловленного магнитным возмущением, доступно из памяти. Управление 121 градиентом может компенсировать ответное поле на основе представления, доступного из памяти 104. Кроме того, представление может быть использовано для учета результирующего магнитного поля при реконструкции блоком 25 реконструкции.
Система магнитно-резонансных исследований также снабжена одним или несколькими датчиками 106 движения, в частности для измерения движения, например, колебаний градиентных катушек 12. Зарегистрированные колебания подаются на блок управления зондами для исследования поля и последующее распределение магнитного поля измеряют в более ранней конфигурации зондами 101 для исследования поля в катушке 16 для головы. В текущей конфигурации, то есть без доступных зондов для исследования поля, колебания также измеряются и на основе этих измерений, а ответное соотношение доступно из памяти 104. Доступное ответное соотношение затем используется для компенсации активации градиентной катушки 12 результирующих магнитных полей, обусловленных обнаруженными колебаниями. Коррекция для результирующего магнитного поля, обусловленного обнаруженным колебанием также может быть выполнена при реконструкции в блоке 25 реконструкции.
Система магнитно-резонансных исследований дополнительно снабжена одним или несколькими датчиками 105 температуры для измерения температуры градиентной катушки 12. Измеренная температура градиентных катушек 12 подается модулю 102 управления зондами для исследования поля как в более ранней конфигурации, в которой распределение магнитного поля измеряется зондами 101 для исследования поля в катушке 16 для головы, так и в текущей конфигурации (без катушки для головы с зондами для исследования поля). Использование измеренных температур градиентных катушек позволяет учесть температурную зависимость ответного соотношения для компенсации посредством управления градиентом или для коррекции при реконструкции.