ДАКТИЛОСКОПИЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ
FINGERPRINTING OF MAGNETIC RESONANCE SYSTEM

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к магнитно-резонансной томографии и, в частности, к диагностике ухудшения рабочих характеристик и/или неисправностей в аппарате для магнитно-резонансной томографии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Магнитно-резонансная (МР) дактилоскопия является новым методом, в котором некоторое количество РЧ (радиочастотных) импульсов, распределенных во времени, подается так, чтобы они вызывали от разных материалов или тканей сигналы, составляющие однозначно определенный вклад в измеренный МР сигнал. Ограниченный словарь предварительно рассчитанных вкладов сигналов от набора или фиксированного числа веществ сравнивается с измеренными МР сигналами, и внутри одного вокселя может быть определен состав. Например, если известно, что воксель содержит только воду, жир и мышечную ткань, то следует учитывать вклад только от упомянутых трех материалов, и требуется всего несколько РЧ импульсов, чтобы точно определить состав вокселя.
Ma et al.
Метод магнитно-резонансной дактилоскопии предложен в журнальной статье, , «Magnetic Resonance Fingerprinting», Nature, Vol. 495, pp. 187 to 193, doi:10.1038/nature11971. Метод магнитно-резонансной дактилоскопии описан также в публикациях патентных заявок США US 2013/0271132 A1 и US 2013/0265047 A1.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение обеспечивает способ работы системы магнитно-резонансной томографии, систему магнитно-резонансной томографии и компьютерный программный продукт в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Статья Ma et al. в журнале «Nature» предлагает основную идею магнитно-резонансной дактилоскопии и терминологию, которую применяют для описания данного метода, например, словарь. В настоящей заявке аналогично применяется идея словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии, однако магнитно-резонансная дактилоскопия выполняется на известном фантоме. Вместо идентификации веществ внутри объема или вокселя с использованием словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии, делается вывод о состоянии различных компонентов системы или аппарата для магнитно-резонансной томографии. Словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии в контексте настоящей заявки заключает в себе словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии для измерений, выполняемых на известном фантоме и при изменениях различных состояний рабочих характеристик системы магнитно-резонансной томографии и/или видов повреждения.
Элементы словаря создаются моделированием изменений рабочих характеристик различных компонентов системы магнитно-резонансной томографии. Например, если РЧ передатчик в системе магнитно-резонансной томографии функционирует безошибочно, то следует ожидать измеренных магнитно-резонансных сигналов, отличных от ожидаемых в случае, если РЧ передатчик начинает показывать ухудшение рабочих характеристик или приближается к неисправности. Аналогичные изменения рабочих характеристик других компонентов, например, источника питания градиентных катушек, состояния градиентных катушек, приемных катушек, передающих катушек или антенн, магнитной системы, работы стола для пациента и/или физиологической системы.
Как будет очевидно специалисту в данной области техники, аспекты настоящего изобретения можно осуществить в форме аппарата, способа или компьютерного программного продукта. Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму полностью аппаратного варианта осуществления, полностью программного варианта осуществления (включая микропрограммное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.п.) или варианта осуществления, сочетающего аспекты программного и аппаратного обеспечения, которые могут называться в настоящей заявке, в общем, «схемой», «модулем» или «системой». Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, осуществленного на одном или более читаемых компьютером носителях, имеющих исполняемый компьютером код, реализованный на них.
Использовать можно любую комбинацию одного или более читаемых компьютером носителей. Читаемый компьютером носитель может быть читаемым компьютером носителем сигнала или читаемым компьютером носителем данных. Термин «читаемый компьютером носитель данных» в контексте настоящего описания охватывает любой материальный носитель данных, который может хранить команды, которые могут выполняться процессором компьютерного устройства. Читаемый компьютером носитель данных может называться читаемым компьютером невременным носителем данных. Читаемый компьютером носитель данных может также называться материальным читаемым компьютером носителем. В некоторых вариантах осуществления, читаемый компьютером носитель данных может быть также способен хранить данные, которые могут выбираться процессором компьютерного устройства. Примеры читаемых компьютером носителей данных включают в себя, но без ограничения: гибкий диск, накопитель на жестком магнитном диске, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB-флэш-накопитель, оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), оптический диск, магнито-оптический диск и регистровый файл процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и универсальные цифровые диски (DVD), например, компакт-диск постоянной памяти (CD-ROM), перезаписываемый компакт-диск (CD-RW), записываемый компакт-диск (CD-R), постоянная память на диске DVD (DVD-ROM), перезаписываемый диск DVD (DVD-RW) или записываемый диск DVD (DVD-R). Термин читаемый компьютером носитель данных относится также к носителям для записи различных типов, допускающим выборку компьютерным устройством по сети или линии связи. Например, данные могут вызываться по модему, по сети Интернет или по локальной сети. Исполняемый компьютером код, реализованный на читаемом компьютером носителе, может передаваться с использованием любого подходящего носителя, включая, но без ограничения, беспроводную, проводную линию, волоконно-оптический кабель, радиочастоту (РЧ) и т.п. или любой подходящей комбинации вышеописанных носителей.
Читаемый компьютером носитель сигналов может включать в себя распространяющийся информационный сигнал с исполняемым компьютером кодом, реализованном в сигнале, например, в основной полосе частот или в составе несущей волны. Упомянутый распространяющийся сигнал может быть в любой из множества различных форм, включая, но без ограничения, электромагнитный сигнал, оптический сигнал или любую подходящую комбинацию сигналов. Читаемым компьютером носитель сигнала может быть любым читаемым компьютером носителем, который не является читаемым компьютером носителем данных, и который может передавать, распространять или транспортировать программу для использования в связи с системой, комплексом или устройством для исполнения команд.
«Компьютерная память» или «память» является примером читаемого компьютером носителя данных. Компьютерная память является любой памятью, которая непосредственно доступна процессору. «Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является дополнительным примером читаемого компьютером носителя данных. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым читаемым компьютером носителем данных. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может быть также компьютерной памятью или наоборот.
Термин «процессор» в контексте настоящего описания означает электронный компонент, который может исполнять программу или машиноисполняемую команду, или исполняемый компьютером код. Ссылки на компьютерное устройство, содержащее «процессор», следует интерпретировать как, возможно, содержащее два или более процессоров или процессорных ядер. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Термин процессор может также относиться к группе процессоров, входящих в одну компьютерную систему или распределенных по нескольким компьютерным системам. Термин компьютерное устройство следует также интерпретировать как, возможно, относящийся к группе или сети компьютерных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Исполняемый компьютером код может исполняться несколькими процессорами, которые могут находиться в одном компьютерном устройстве, или которые могут быть даже распределены по нескольким компьютерным устройствам.
Исполняемый компьютером код может содержать машиноисполняемые команды или программу, которые(ая) заставляют процессору выполнять аспект по настоящему изобретению. Исполняемый компьютером код для выполнения операций в отношении аспектов по настоящему изобретению может быть записан в любой комбинации одного или более языков программирования, включая объектно-ориентированный язык программирования, например, Java, Smalltalk, C++ или подобный язык и обычные процедурные языки программирования, например, язык программирования «C» или аналогичные языки программирования, и компилирован в машиноисполняемые команды. В некоторых случаях исполняемый компьютером код может быть в форме высокоуровневого языка или в предварительно компилированной форме и может применяться в связи с интерпретатором, который оперативно формирует машиноисполняемые команды.
Исполняемый компьютером код может выполняться целиком и полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, как независимый пакет программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или целиком и полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии, удаленный компьютер может быть соединен с компьютером пользователя по сети любого типа, включая локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), или соединение может быть выполнено с внешним компьютером (например, по сети Интернет с использованием провайдера Интернет-сервисов).
Аспекты настоящего изобретения описаны со ссылкой на блок-схемы последовательностей операций и/или блок-схемы способов, аппаратов (систем) и компьютерных программных продуктов в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Понятно, что каждый блок или фрагмент блоков блок-схемы последовательности операций, изображений и/или блок-схем может быть реализован командами компьютерной программы в форме исполняемого компьютером кода в подходящем случае. Кроме того, понятно, что при отсутствии взаимного исключения можно объединять комбинации блоков на разных блок-схемах последовательностей операций, изображениях и/или блок-схемах. Упомянутые команды компьютерных программ могут подаваться в процессор универсального компьютера, специального компьютера или других программируемых устройств обработки данных для получения такой машины, чтобы команды, при выполнении процессором компьютера или других программируемых устройств обработки данных, формировали средство для реализации функций/операций, установленных в блоке или блоках блок-схемы последовательностей операций и/или блок-схемы.
Упомянутые команды компьютерной программы могут также храниться на читаемом компьютером носителе, который может руководить работой компьютера, другого программируемого устройства обработки данных или других устройств конкретным образом, чтобы команды, хранящиеся на читаемом компьютером носителе формировали изделие, включающее в себя команды, которые реализуют функцию/операцию, установленную в блоке или блоках блок-схемы последовательностей операций и/или блок-схемы.
Команды компьютерной программы могут также загружаться в компьютер, другое программируемое устройство обработки данных или другие устройства, чтобы задавать выполнение последовательности операционных этапов в компьютере, другом программируемом устройстве обработки данных или других устройствах для получения компьютерно-реализуемой процедуры таким образом, чтобы команды, которые выполняются в компьютере или другом программируемом устройстве, обеспечивали процедуры для реализации функций/операций, установленных в блоке или блоках блок-схемы последовательностей операций и/или блок-схемы.
«Пользовательский интерфейс» в контексте настоящего описания является интерфейсом, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. «Пользовательский интерфейс» можно также называть «человеко-машинным интерфейсом». Пользовательский интерфейс может представлять информацию или данные оператору и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может предоставлять возможность приема компьютером входных данных от оператора и может предоставлять пользователю выходные данные из компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволять оператору управлять или манипулировать компьютером, и интерфейс может давать компьютеру возможность показывать результаты операторского управления или манипулирования. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером предоставления информации оператору. Прием данных осуществляется посредством клавиатуры, мыши, трекбола, сенсорной панели, ручки координатно-указательного устройства, графического планшета, джойстика, игровой панели, веб-камеры, головной гарнитуры, педалей, проводной перчатки, дистанционного пульта управления и акселерометра, которые все являются примерами компонентов пользовательского интерфейса, которые позволяют принимать информацию или данные от оператора.
«Аппаратный интерфейс» в контексте настоящего изобретения означает интерфейс, который дает возможность процессору компьютерной системы взаимодействовать с внешним компьютерным устройством и/или комплексом и/или управлять им. Аппаратный интерфейс может давать возможность процессору передавать управляющие сигналы или команды во внешнее компьютерное устройство и/или комплекс. Аппаратный интерфейс может также давать возможность процессору обмениваться данными с внешним компьютерным устройством и/или комплексом. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но без ограничения: универсальную последовательную шину, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, соединение Bluetooth, соединение по беспроводной локальной сети, TCP/IP-соединение, соединение Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, MIDI-интерфейс (цифровой интерфейс музыкальных инструментов), аналоговый входной интерфейс и цифровой входной интерфейс.
«Дисплей» или «устройство отображения» в контексте настоящего описания означает устройство вывода или пользовательский интерфейс, предназначенный для отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, аудио и/или тактильные данные. Примеры дисплея включают в себя, но без ограничения: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брайля, электроннолучевую трубку (ЭЛТ), запоминающую электроннолучевую трубку, бистабильный дисплей, электронную бумагу, векторный дисплей, плоскопанельный дисплей, вакуумный флюоресцентный дисплей (ВФД), дисплеи на светоизлучающих диодах (СД), электролюминесцентный дисплей (ЭЛД), плазменные дисплейные панели (ПДП), жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей), дисплеи на органических светоизлучающих диодах (ОСД), проектор и нашлемный дисплей.
Магнитно-резонансные (МР) данные, по определению в настоящем описании, являются результатами измерений радиочастотных сигналов, испускаемых атомными/ядерными спинами, записанными с использованием антенны магнитно-резонансного аппарата во время сканирования методом магнитно-резонансной томографии. Магнитно-резонансные данные являются примером данных медицинского изображения. Изображение магнитно-резонансной томографии (МРТ-изображение) определяется в настоящем описании как реконструированная двух- или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной томографии. Такая визуализация может выполняться с помощью компьютера.
В одном аспекте изобретение обеспечивает способ работы магнитно-резонансной системы для сбора магнитно-резонансных данных от фантома в пределах зоны измерения. Фантом содержит известный объем по меньшей мере одного предварительно заданного вещества. Предварительно заданные вещества могут содержать материал, который можно обнаруживать с помощью магнитно-резонансной томографии или других протоколов ядерного магнитного резонанса. Магнитно-резонансная система содержит память для хранения команд импульсной последовательности. Команды импульсной последовательности заставляют магнитно-резонансную систему собирать магнитно-резонансные данные в соответствии с методом магнитно-резонансной дактилоскопии.
Команды импульсной последовательности задают серию повторений импульсной последовательности. Каждое повторение импульсной последовательности имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение импульсной последовательности содержит радиочастотный импульс, выбранный из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Дополнительно к распределению времен повторения можно также изменять другие параметры, например, угол поворота спинов, градиенты и другие параметры. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение импульсной последовательности содержит событие выборки, когда производится выборка магнитно-резонансного сигнала в течение предварительно заданного отрезка времени при времени выборки до конца повторения импульсной последовательности. Время выборки выбирается из распределения времен выборки. Магнитно-резонансные данные собираются во время события выборки.
Способ содержит этап сбора магнитно-резонансных данных посредством управления магнитно-резонансной системой с помощью команд импульсной последовательности. Способ дополнительно содержит этап определения одного или более режимов ухудшения рабочих характеристик. Данный этап может выполняться сравнением магнитно-резонансных данных со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии. Режимы ухудшения рабочих характеристик характеризуют систему магнитно-резонансной томографии или рабочие характеристики различных компонентов. Словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии содержит список магнитно-резонансных сигналов для набора состояний системы в ответ на исполнение команд импульсной последовательности для каждого из упомянутого по меньшей мере одного предварительно заданных веществ. Состояния системы можно описать как комбинацию параметров системы, которые влияют на эволюцию сигнала. Набор состояний системы представляет режимы неисправностей, неполадок или ухудшения рабочих характеристик разных компонентов системы магнитно-резонансной томографии. Например, рабочие характеристики применяемых антенн или различных радиочастотных компонентов могут ухудшаться с течением времени. Их диагностика или определение того, какой компонент вызывает ухудшение рабочих характеристик магнитно-резонансной системы, может быть сложной задачей. Способ по изобретению использует методы МР дактилоскопии, чтобы определять, имеет ли место что-либо из режима ухудшения рабочих характеристик, неисправности или неполадки, по отдельности или в комбинации. Кроме того, если определяется появление режима ухудшения рабочих характеристик, неисправности или неполадки, то на основе метода МР дактилоскопии путем сравнения со словарем для МР дактилоскопии можно установить особенности найденного ухудшения рабочих характеристик, неисправности или неполадки.
Приведенный способ может быть полезен потому, что он использует известный метод магнитно-резонансной дактилоскопии, чтобы диагностировать повреждения и/или компоненты, работающие в предельном режиме, в магнитно-резонансной системе. Для этого используют фантом с известным составом или структурой. Магнитно-резонансный сигнал можно моделировать для различных режимов магнитно-резонансной системы. Например, если радиочастотный усилитель или приемопередатчик не работает в соответствии с техническими требованиями, то можно моделировать записываемый сигнал при сниженных функциональных возможностях данного устройства, чтобы формировать соответствующие элементы в словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии с целью идентификации упомянутых потенциальных обстоятельств. Примеры могут допускать точное определение одной или более неисправностей или повреждений системы.
В другом варианте осуществления команды импульсной последовательности содержат множество сегментов. В данном случае команды импульсной последовательности разбиваются на множество фрагментов, которые могут выполняться независимо. Словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии организован в виде дерева решений для определения одной или более неисправностей или сомнительных ситуаций, который содержат каждый из нескольких сегментов. Дерево содержит множество элементов. Каждый из упомянутого множества элементов соединяется ветвями. Например, когда достигается один из элементов, для него может существовать фрагмент команд импульсной последовательности, которые выполняются.
Затем полученный сигнал можно сравнивать с магнитно-резонансным сигналом, который соответствует свойствам/состояниям рабочих характеристик системы каждой из ветвей. Можно применить алгоритм сопоставления с шаблоном или другой алгоритм, который сравнивает измеренный сигнал с вычисленными сигналами в словарях, связанных с каждой из ветвей. Затем результат сравнения можно использовать для решения, по какой ветви дерева решений следует продвигаться. После продвижения по ветви выбирается другой элемент. Данный элемент может содержать связанный с ним другой сегмент команд импульсной последовательности. Тогда упомянутый сегмент выполняется, и продвижение по дереву решений осуществляется, пока не диагностируется неисправность или неисправности.
Упомянутое сегментов команд импульсной последовательности содержит первый сегмент. Упомянутое множество элементов дерева решений содержит первый элемент, который соответствует первому сегменту. Способ дополнительно содержит этап управления магнитно-резонансной системой с помощью первого сегмента, чтобы собрать первый фрагмент магнитно-резонансных данных. Способ дополнительно содержит этап сравнения первого фрагмента магнитно-резонансных данных с первым элементом на дереве решений, чтобы выбрать ветвь, которая идентифицирует последующий сегмент данных импульсной последовательности. Внутри дерева решений существуют «локальные» словари дерева решений, которые составлены так, чтобы правильно перемещаться по дереву решений.
Способ дополнительно содержит этап перемещения по дереву решений, чтобы идентифицировать одну или более неисправностей или состояний несоответствия техническим требованиям посредством повторного управления магнитно-резонансной системой с помощью последующего сегмента и повторной идентификации последующего сегмента с использованием ветвей дерева решений. Данный способ может обладать преимуществом необходимости повторения не полностью всех команд импульсной последовательности, а только сегментов, которые приводят к быстрой диагностике проблем с магнитно-резонансной системой.
В другом варианте осуществления упомянутые одна или более неисправностей являются двумя или более неисправностями или состояниями несоответствия техническим требованиям и идентифицируются как линейная комбинация набора состояний системы. При данном методе те методы, которые обычно применяются для выполнения магнитно-резонансной дактилоскопии, применяются непосредственно для идентификации неисправностей или вероятности того, что в магнитно-резонансной системе имеет место неисправность. Теоретически было бы предпочтительно наличие словарного элемента для каждой возможной неисправности или комбинации неисправностей. Это не всегда возможно. Объединение неисправностей с использованием линейной или другой комбинации может допускать идентификацию комбинации неисправностей, которые отсутствуют в словаре.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является системой магнитно-резонансной томографии. Зона измерения является зоной визуализации. Магнитно-резонансная система дополнительно содержит магнит для создания основного магнитного поля внутри зоны измерения. Магнитно-резонансная система дополнительно содержит градиентную магнитную систему для создания градиентного магнитного поля внутри зоны измерения, чтобы пространственно кодировать магнитно-резонансные данные. Команды импульсной последовательности дополнительно содержат команды для управления градиентной магнитной системой, чтобы выполнять пространственное кодирование магнитно-резонансных данных во время сбора магнитно-резонансных данных. Пространственное кодирование разбивает магнитно-резонансные данные на дискретные воксели.
Исполнение машиноисполняемых команд дополнительно заставляет процессор вычислять словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии посредством моделирования каждого из предварительно заданных веществ в виде одного или более спинов с использованием уравнений Блоха для каждого из дискретных вокселей и для каждого из упомянутого набора состояний системы.
В другом варианте осуществления по меньшей мере одно предварительно заданное вещество является двумя или более веществами. Фантом содержит отдельный отсек для каждого из упомянутых двух или более веществ и для отдельных комбинаций упомянутого набора состояний системы. Наличие множества веществ может быть полезным потому, что магнитно-резонансный сигнал от разных веществ может быть различным. Это может обеспечивать отдельные наборы данных, которые можно использовать по отдельности, и это может допускать более точную идентификацию неисправностей или ухудшения характеристик системы магнитно-резонансной системы. Например, один фрагмент может воду, фантом жировой или жиросодержащей ткани или может содержать водный раствор с различными контрастными агентами. Словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии может быть сформирован для каждого вещества, и идентификация неисправностей или рабочих характеристик, не соответствующих техническим требованиям может выполняться для каждого из веществ. Данное решение может допускать сравнение результатов для каждого из упомянутых двух или более веществ. Данное решение может повышать достоверность результата, который получен.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является ЯМР-спектрометром или спектрометром ядерного магнитного резонанса. Исполнение машиноисполняемых команд дополнительно заставляет процессор вычислять словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии посредством моделирования каждого из предварительно заданных веществ с использованием уравнений Блоха для каждого из дискретных вокселей и для каждого из упомянутого набора состояний системы.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является ЯМР-спектрометром.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система является системой магнитно-резонансной томографии.
В другом варианте осуществления фантом содержит систему регулирования температуры, которая дополнительно содержит поддержание температуры фантома в пределах предварительно заданного температурного диапазона во время сбора магнитно-резонансных данных. Например, для регулирования температуры фантома можно применить электронагревательную систему или нагревательную систему, которая подает текучую среду, имеющую температуру в пределах диапазона температур. В других примерах воздух или другой газ может быть при контрольной температуре и, при этом, продуваться через теплообменную систему внутри фантома.
В другом варианте осуществления магнитно-резонансная система содержит держатель фантома для закрепления фантома в предварительно заданном месте в зоне измерения. Способ дополнительно содержит этап установки фантома в держатель фантома перед сбором магнитно-резонансных данных. Например, держатель фантома может быть устанавливаемым аппаратом, который закрепляется к опоре субъекта в предварительно заданном месте. Данное решение может способствовать получению воспроизводимых результатов при выполнении измерений на фантоме. Данное решение может допускать более точное определение ухудшения характеристик импульсов или системы в магнитно-резонансной системе.
В другом варианте осуществления каждое повторение импульсной последовательности содержит по меньшей мере один градиентный импульс, выбранный из распределения градиентных импульсов. Это может быть полезно при диагностике повреждений градиентных катушек и/или источника питания градиентных катушек.
В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап обеспечения команд по техническому обслуживанию посредством сравнения упомянутого одного или более режимов ухудшения рабочих характеристик с базой данных по ремонтам. Например, база данных по ремонтам может быть электронной или другой системой, которая обеспечивает подробные команды по ремонту для конкретного режима ухудшения характеристик, который диагностируется.
В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап выполнения команд по техническому обслуживанию, чтобы ремонтировать систему магнитно-резонансной томографии. Данный этап может выполняться специалистом по техническому обслуживанию или сервису.
В другом аспекте изобретение обеспечивает магнитно-резонансную систему для сбора магнитно-резонансных данных от фантома внутри зоны измерения. Фантом содержит известный объем по меньшей мере одного предварительно заданного вещества. Магнитно-резонансная система содержит память для хранения команд импульсной последовательности и машиноисполняемых команд. Команды импульсной последовательности заставляют магнитно-резонансную систему собирать магнитно-резонансные данные в соответствии с методом магнитно-резонансной дактилоскопии.
Команды импульсной последовательности задают серию повторений импульсной последовательности. Каждое повторение импульсной последовательности имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение импульсной последовательности содержит радиочастотный импульс, выбранный из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение импульсной последовательности содержит событие выборки, когда производится выборка магнитно-резонансного сигнала в течение предварительно заданного отрезка времени при времени выборки до конца повторения импульсной последовательности. Время выборки выбирается из распределения времен выборки. Магнитно-резонансные данные собираются во время события выборки. Магнитно-резонансная система дополнительно содержит процессор для управления магнитно-резонансной системой. Исполнение машиноисполняемых команд заставляет процессор собирать магнитно-резонансные данные посредством управления магнитно-резонансной системой с помощью команд импульсной последовательности.
Исполнение машиноисполняемых команд дополнительно заставляет процессор определять один или более режимов ухудшения рабочих характеристик магнитно-резонансной системы посредством сравнения магнитно-резонансных данных со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии. Словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии содержит список магнитно-резонансных сигналов для набора состояний системы в ответ на исполнение команд импульсной последовательности для каждого из упомянутого по меньшей мере одного предварительно заданных веществ. Упомянутый набор состояний системы представляет режимы неисправностей, неполадок или ухудшения рабочих характеристик разных компонентов системы магнитно-резонансной томографии. Режимы ухудшения рабочих характеристик или неисправности могут соответствовать некоторым отклонениям параметра системы, которые дают, в результате, однозначно определенные магнитно-резонансные сигналы или набор сигналов и потому могут быть обнаружены.
В другом аспекте изобретение обеспечивает компьютерный программный продукт, содержащий машиноисполняемые команды для исполнения процессором, управляющим магнитно-резонансной системой для сбора магнитно-резонансных данных от фантома внутри зоны измерения. Фантом содержит известный объем по меньшей мере одного предварительно заданного вещества. Магнитно-резонансная система содержит память для хранения команд импульсной последовательности. Команды импульсной последовательности заставляют магнитно-резонансную систему собирать магнитно-резонансные данные в соответствии с методом магнитно-резонансной дактилоскопии.
Команды импульсной последовательности задают серию повторений импульсной последовательности. Каждое повторение импульсной последовательности имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение импульсной последовательности содержит радиочастотный импульс, выбранный из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение импульсной последовательности содержит событие выборки, когда производится выборка магнитно-резонансного сигнала в течение предварительно заданного отрезка времени при времени выборки до конца повторения импульсной последовательности. Время выборки выбирается из распределения времен выборки. Магнитно-резонансные данные собираются во время события выборки. Исполнение машиноисполняемых команд заставляет процессор собирать магнитно-резонансные данные посредством управления магнитно-резонансной системой с помощью команд импульсной последовательности.
Исполнение машиноисполняемых команд дополнительно заставляет процессор определять один или более режимов ухудшения рабочих характеристик системы магнитно-резонансной томографии путем сравнения магнитно-резонансных данных со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии. Словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии содержит список магнитно-резонансных сигналов для набора состояний системы в ответ на исполнение команд импульсной последовательности для каждого из упомянутого по меньшей мере одного предварительно заданного вещества. Упомянутый набор состояний системы представляет возможные неисправности, возможные неполадки или возможные режимы ухудшения рабочих характеристик разных компонентов системы магнитно-резонансной томографии.
Следует понимать, что один и или более из вышеупомянутых вариантов осуществления изобретения можно комбинировать при условии, что скомбинированные варианты осуществления не являются взаимно исключающими.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в последующем только в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 иллюстрирует пример системы магнитно-резонансной томографии;
Фиг. 2 иллюстрирует сечение фантома;
Фиг. 3 показывает блок-схему последовательности операций, которая иллюстрирует способ работы системы магнитно-резонансной томографии с фиг. 1;
Фиг. 4 иллюстрирует систему магнитно-резонансной томографии и импульсную последовательность;
Фиг. 5 иллюстрирует формирование словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии;
Фиг. 6 иллюстрирует способ выполнения дактилоскопии магнитно-резонансной системы; и
Фиг. 7 иллюстрирует дерево решений.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Элементы, обозначенные подобными цифровыми позициями на приведенных фигурах, либо являются эквивалентными элементами, либо выполняют одну и ту же функцию. Элементы, которые описаны прежде, не обязательно будут рассматриваться на последующих фигурах, если выполняют эквивалентную функцию.
Фиг. 1 представляет пример системы 100 магнитно-резонансной томографии с магнитом 104. Магнит 104 является сверхпроводящим магнитом 104 цилиндрического типа со сквозным туннелем 106. Возможно также применение магнитов других типов; например, возможно также применение как разъемного цилиндрического магнита, так и, так называемого, открытого магнита. Разъемный цилиндрический магнит аналогичен стандартному цилиндрическому магниту, за исключением того, что криостат разделен на две секции, чтобы допускать доступ к изоплоскости магнита, и такие магниты можно использовать, например, в связи с лучевой терапией заряженными частицами. Открытый магнит имеет две секции магнита, одну над другой, с пространством между ними, которое является достаточно большим для приема субъекта: расположение зоны двух секций подобно тому, как у катушки Гельмгольца. Открытые магниты распространены потому, что меньше ограничивают субъекта. Внутри криостата цилиндрического магнита находится группа сверхпроводящих катушек. Внутри туннеля 106 цилиндрического магнита 104 находится зона 108 визуализации, в которой магнитное поле является достаточно сильным и однородным для выполнения магнитно-резонансной визуализации.
Внутри туннеля 106 магнита находится также набор градиентных магнитных катушек 110, которые применяются для сбора магнитно-резонансных данных, чтобы пространственно кодировать магнитные спины внутри зоны 108 визуализации магнита 104. Градиентные магнитные катушки 110 подсоединены к источнику 112 питания градиентных магнитных катушек. Предполагается, что градиентные магнитные катушки 110 являются типичными. Обычно, градиентные магнитные катушки 110 содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник питания градиентных магнитных катушек подает ток в градиентные магнитные катушки. Ток, подаваемый в градиентные магнитные катушки 110, является управляемым в зависимости от времени и может быть пилообразным или импульсным.
Вблизи зоны 108 визуализации находится радиочастотная катушка 114 для манипуляции ориентациями магнитных спинов в пределах зоны 108 визуализации и для приема радиосигналов, распространяющихся от спинов также в пределах зоны 108 визуализации. Радиочастотная антенна может содержать множество катушечных элементов. 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 раздельными передающей и приемной катушками и раздельными передатчиком и приемником. Следует понимать, что радиочастотная катушка 114 и радиочастотный приемопередатчик 116 являются типичными. Предполагается, что радиочастотная катушка 114 представляет также специальную передающую антенну и специальную приемную антенну. Аналогично, приемопередатчик 116 может также представлять собой раздельные передатчик и приемники. Радиочастотная катушка 114 может также содержать множество приемных/передающих элементов, а радиочастотный приемопередатчик 116 может содержать множество приемных/передающих каналов, которые связаны для обеспечения передающего тракта с отдельными усилителями, не показанными на фигуре, и для обеспечения приемной части с соответствующими предусилителями, и соответствующую оцифровывающую аппаратуру, содержащую все отдельные компоненты с некоторым риском отказа.
Опора 120 субъекта закреплена к дополнительному приводному устройству 122, которое может двигать опору субъекта и субъекта или фантом по зоне 108 визуализации. Внутри туннеля магнита 106 находится фантом 124, закрепленный на опоре 120 субъекта двумя держателями 126 фантома. Данные держатели, например, могут фиксироваться на опоре 120 субъекта и обеспечивать заданную геометрию или положение фантома 124 относительно магнита 104. В приведенном примере фантом 124 имеет первый отсек 128, заполненный первым веществом, и второй отсек, заполненный вторым веществом 130. Следует понимать, что показанный фантом является примерным. Например, в фантоме может быть всего один отсек, или могут быть по меньшей мере три отсека. Когда имеется по меньшей мере два отсека, то срез 132 можно расположить так, чтобы данные можно было принимать из обоих отсеков 128, 130.
Приемопередатчик 116, источник 112 питания градиентных магнитных катушек и приводное устройство 122 видны на фигуре все в состоянии подсоединения к аппаратному интерфейсу 138 компьютерной системы 136. Компьютерное запоминающее устройство 144 показано как содержащее команды 150 импульсной последовательности для выполнения метода магнитно-резонансной дактилоскопии. Компьютерная система 136 дополнительно содержит процессор 140. Процессор 140 подсоединен к аппаратному интерфейсу 138. Аппаратный интерфейс 138 дает возможность процессору 140 отправлять и принимать данные и команды в/из систему(ы) 100 магнитно-резонансной томографии. Компьютерная система 136 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 142, компьютерное запоминающее устройство 144 и компьютерную память 146, которые обмениваются данными с процессором 140.
Содержимое компьютерного запоминающего устройства 144 и компьютерной памяти 146 может быть взаимозаменяемым. Например, содержимое или часть содержимого компьютерного запоминающего устройства 144 может быть дублированным в компьютерной памяти 146 и наоборот.
Команды 150 импульсной последовательности задают серию повторений импульсной последовательности. Каждое повторение импульсной последовательности имеет время повторения, выбранное из распределения времен повторения. Каждое повторение импульсной последовательности содержит радиочастотный импульс, выбранный из распределения радиочастотных импульсов. Распределение радиочастотных импульсов заставляет магнитные спины поворачиваться с распределением углов поворота спинов. Каждое повторение импульсной последовательности содержит событие выборки, когда производится выборка магнитно-резонансного сигнала в течение предварительно заданного отрезка времени при времени выборки до конца повторения импульсной последовательности. Время выборки выбирается из распределения времен выборки. Магнитно-резонансные данные собираются во время события выборки.
Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 144 содержит магнитно-резонансные данные 152, которые были собраны с помощью команд 150 импульсной последовательности для управления системой 100 магнитно-резонансной томографии. Компьютерное запоминающее устройство 144 дополнительно показано как содержащее словарь 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии. Компьютерное запоминающее устройство дополнительно показано как содержащее магнитно-резонансное изображение 156, которое было реконструировано с использованием магнитно-резонансных данных 152 и словаря 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии.
Компьютерная память 146 содержит модуль 160 управления, который содержит такой код, как операционная система или другие команды, которые дают возможность процессору 140 управлять работой и функциями системы 100 магнитно-резонансной томографии.
Дополнительно показано, что компьютерная память 146 содержит модуль 162 формирования словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии. Модуль 162 формирования словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии может моделировать один или более спинов с использованием уравнения Блоха для каждого вокселя и различных состояний системы или аппарата магнитно-резонансной томографии, чтобы составлять словарь 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии. Дополнительно показано, что компьютерная память 146 содержит модуль реконструкции изображений, который использует магнитно-резонансные данные 152 и словарь 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии, чтобы реконструировать магнитно-резонансное изображение 156. Например, магнитно-резонансное изображение 156 может быть рендерингом пространственного распределения одного или более предварительно заданных веществ внутри фантома 124 субъекта.
Дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 144 содержит идентифицированный режим 158 ухудшения рабочих характеристик, который был идентифицирован с использованием магнитно-резонансных данных 152 и словаря 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии.
Дополнительно показано, что компьютерная память 146 содержит базу данных 166 по ремонтам, которая обеспечивает команды по ремонту для идентифицированных режимов 158 ухудшения характеристик. Например, после того, как идентифицирован режим ухудшения рабочих характеристик, данный режим можно использовать для просмотра команд по ремонту, которые вызываются из базы данных 166 по ремонтам. Упомянутые команды, например, могут отображаться или печататься и предоставляться сервисному специалисту для технического обслуживания и ремонта системы 100 магнитно-резонансной томографии.
Содержимое компьютерного запоминающего устройства 144 и содержимое компьютерной памяти 146 могут частично или полностью дублировать друг друга. Содержимое, показанное в компьютерном запоминающем устройстве 144, может вместо этого находиться в компьютерной памяти 146 и наоборот.
Пример, изображенный на фиг. 1 можно модифицировать так, чтобы система или аппарат 100 магнитно-резонансной томографии 100 был эквивалентен спектрометру ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектрометру). В отсутствие градиентных катушек 110 и источника 112 питания градиентных катушек 112, аппарат 100 будет выполнять 0-мерное измерение в зоне 108 визуализации.
Фиг. 2 представляет сечение фантома 124, расположенного там, где находится срез 132. Как можно видеть, фантом 124 в данном примере является круглым и имеет два отдельных отсека 128, 130. Данную конструкцию можно использовать для обеспечения двух отдельных наборов магнитно-резонансных сигналов для разных или отличающихся материалов. Данное решение может содействовать более точному определению режимов ухудшения рабочих характеристик.
Фиг. 3 представляет блок-схему последовательности операций, которая поясняет примерный способ работы системы 100 магнитно-резонансной томографии с фиг. 1. Сначала на этапе 300 собираются магнитно-резонансные данные 152 посредством управления системой 100 магнитно-резонансной томографии с помощью команд 150 импульсной последовательности. Затем, на этапе 302 определяются один или более режимов 158 ухудшения рабочих характеристик путем сравнения магнитно-резонансных данных 152 со словарем 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии. Этот этап может выполняться, например, путем включения данных по неисправностям или работе с возможным отклонением от технических требований в форме линейной комбинации и согласования упомянутых данных с магнитно-резонансными данными или путем выполнения действий соответственно алгоритму или дереву решений, которое систематически выбирает соответственный вид повреждения или состояние из словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии.
МР дактилоскопия является новым и перспективным методом получения МР параметров или информации, относящейся к конкретным тканям, для потенциальной классификации. Упомянутый метод основан на идее идентификации МР-активных фракций с некоторыми МР-зависимыми свойствами по их МР отклику на однозначно определенную последовательность РЧ импульсов, периоды эволюции сигнала, которые могут включать в себя соответствующие схемы переключения градиентов и т.п. На основании ранее сформированного словаря, который содержит большинство возможных предполагаемых МР откликов или по меньшей мере столько возможных МР откликов, сколько целесообразно включить, можно выполнять сопоставление с шаблоном, чтобы идентифицировать фракции.
Однако приведенную концепцию можно применить в обратном порядке, путем воздействия на одну или пару известных фракций (например, размещенных в фантоме), которые полностью описаны в отношении их МР свойств, весьма конкретной МР последовательностью дактилоскопического типа, чтобы охарактеризовать рабочие показатели и работоспособность МР системы в целом, включая возможность также охарактеризовать состояние отдельных компонентов системы (например, РЧ и градиентных усилителей, отдельных приемников, переключателей, стола для пациента и т.п.). Такой метод может, в принципе, способствовать более эффективному, более тщательному и, что более важно, профилактическому техническому обслуживанию системы и может быть назван дактилоскопией МР системы.
Устройство медицинской визуализации подлежит частому тестированию для контроля качества диагностической визуализации, чтобы обеспечивать соблюдение клинических стандартов. Профилактическое или предупредительное техническое обслуживание также является важным аспектом потому, что соответствующие концепции представляют аспект потенциального снижения затрат. В настоящее время на МРТ-системах, установленных в учреждениях заказчиков, выполняют периодический тест качества изображения (PIQT), который состоит из набора четко определенных сканов с четко определенными, но разными, классическими МР последовательностями и контрастными веществами, чтобы облегчить автоматическую оценку на основании показателей отношения сигнала к шуму, определяемых из постобработки и обработки изображений, с приблизительной оценкой качества изображения, геометрической точности и т.п.
Упомянутый тест PIQT очень полезен, но фактически запрашивает лишь ограниченный объем информации о системе и задает очень специфические вопросы, которые могут и не отражать полностью состояние/рабочие характеристики/форму/перспективы на будущее системы и ее субкомпонентов, и не обязательно указывает на источник потенциальных отклонений качества изображения. Для получения более полного общего представления о рабочих характеристиках и работоспособности системы, включая также получение представления о том, какие из компонентов подвергаются риску отказа из-за вызывающих беспокойство или неудовлетворительных рабочих характеристик, следует разработать усложненные тесты, чтобы увеличить полезное время системы, при высоком качестве изображения, и чтобы лучше прогнозировать будущее повреждение системы/компонента, что позволит лучше заранее планировать обслуживание и дополнительно экономить ресурсы. Поэтому желательно спроектировать улучшенный тест, который способен также количественно оценивать несоответствия рабочих характеристик системы, что позволит более конкретно идентифицировать и, возможно, устранять проблемы с рабочими характеристиками системы. Хотя можно разработать специальные тестовые последовательности, которые чувствительны к отклонениям отдельных параметров/компонентов системы, более общий тест, допускающий взаимодействие всех разных отдельных компонентов МР системы, может привести к повышенной чувствительности.
Примеры, раскрытые в настоящей заявке, могут применять новую концепцию МР дактилоскопии в обратном порядке. Вместо декодирования МР свойств образца, предлагается анализировать свойства системы, в том числе, подсистем, чтобы содействовать определению характеристик их состояния, их чувствительности к неисправности или потенциальной неполадке системы/компонента уже заранее, предпочтительно до того, как случится фактический выход системы из строя, помогать проведению ремонтно-восстановительного технического обслуживания и идентифицировать потенциальный компонент, подвергающийся риску.
С данной целью специальная последовательность, в основном, МР-зависимых импульсов, установок и событий МР системы (состоящих из элементов, таких как, например: РЧ импульсы, градиентные импульсы, временные задержки, положения стола с изменением МР последовательности, а также изменением аппаратурных параметров/установок, таких как: коэффициенты усиления, фазы, частоты и т.п.) создается и применяется для возбуждения в четко определенном, известном и стабильном объекте, рассчитанном для МР, (например, МР фантоме) соответствующих откликов в виде МР сигналов. Данные отклики принимаются, в основном, посредством МР приемников и катушек системы (что также может быть частью теста), но можно также представить дополнительные специальные приемные/измерительные подсистемы (например, в случае серьезного повреждения стандартного приемного канала). Измеренные МР сигналы можно анализировать применительно к известным откликам, хранящимся в соответствующем словаре откликов МР системы, чтобы находить согласование по шаблонам для идентификации неполадки компонентов или ее признаков в будущем.
Возможной особенностью данного метода анализа МР системы, который может выполняться подобно тесту PIQT в ночное время, без расходования ценного времени сканирования, является словарь. В противоположность словарям, применяемым при МР дактилоскопии, которые основаны на всесторонних имитационных моделях Блоха, включающих в себя все виды МР параметров, и определенном представлении о том, как выполняется реальный протокол МРТ, словарь для настоящего метода отличается. В данном случае известны МР параметры, относящиеся к конкретным ткани или материалу фантома, задаваемые зондом или фантомом, подлежащим использованию (при данной комнатной температуре или другой постоянной температуре), но можно учитывать, включать и, в конечном счете, моделировать все потенциальные отклонения компонентов МР системы. Если это выполняется в достаточной мере, то возможна идентификация конкретного повреждения компонента или ухудшения характеристик компонента на основании конкретного характерного признака отклика МР системы на данную предварительно заданную последовательность для дактилоскопии МР системы. Кроме того, получают количественную информацию об отклонении отдельных системных параметров, которую можно использовать с целью коррекции/калибровки системы при визуализирующих сканах и вводить в словарь для МР дактилоскопии (словарь для МР дактилоскопии конкретной системы), чтобы повысить качество/точность изображения.
Для прогнозирования отклика МР устройства в целом, не на исследуемый объект в первую очередь, но на дефекты системы/компонентов, необходимо соответственно моделировать режим их работы. Моделирование обычно выполняется с использованием соответствующих технических требований с отклонениями от заданных номинальных значений. При этом могут создаваться разные случаи или состояния системы и ее компонентов, которые влияют на МР отклик на некоторый исходный запрос МР последовательности. Таким образом, например, для РЧ усилителя можно принимать разные отклонения от линейного режима работы, разные потери мощности, ошибку установки коэффициента усиления и т.п. Упомянутые отклонения могут отражать некоторые состояния работы, фазы старения, уровни отклонения от технических требований, неполадки и так далее, которые следует идентифицировать по их характерному признаку. Информация об упомянутых разных состояниях может поддерживаться информацией, получаемой при эксплуатационном сервисном обслуживании МР систем, изготовлении компонентов или из других источников, например, из анализа больших массивов данных по признакам частых повреждений или шаблонов ухудшения характеристик.
Другим возможным элементом примеров является определение схемы возбуждения подходящей МР последовательности, которая позволяет максимально расширить многообразие МР отклика для всех предполагаемых случаев или состояний системы в целом, которые следует учитывать. Максимальное многообразие допускает высокую избирательность, чтобы идентифицировать фактическую причину. Для определения оптимальной МР последовательности могут подходить направленный поиск, некоторое интуитивное представление, а также некоторый лобовой поиск методом «проб и ошибок» в «пространстве состояний сканера». Для исчерпывающей характеризации системы можно использовать сегменты, содержащие последовательность, (или подпоследовательности), которые чувствительны к отдельным параметрам системы, а также к комбинациям параметров системы, а также результаты измерения шумов.
Пример 1:
В данном подходе дактилоскопии МР системы применен специально спроектированный фантом с известными МР свойствами, размещенный на столе для пациента, с комплектом поверхностных катушек, подсоединенных к системе параллельного приема МР сканера. В систему подается специальная последовательность, МР отклики записываются, пока выполняется последовательность, с использованием фазированных решеток и соответствующих приемников, оцифровываются и сохраняются для последующего анализа, например, с помощью предварительно заданного словаря, связывающего МР отклик с рабочими характеристиками/состоянием/работоспособностью (суб)компонентов системы. В данном частном примере не требуется пространственного разрешения, а, значит, и градиентов для формирования изображения. Поэтому, в данном примере можно применить очень простой фантом, возможно, только простую сферу, наполненную водой с добавками с известными МР свойствами.
В настоящем примере, по измеренным данным можно подробно анализировать свойства отдельных подсистем, например, РЧ усилителя, в отношении линейности, усиления, отражения и т.п.
Пример 2:
Однако можно воспользоваться более сложным фантомом, подобным фантому, применяемому в настоящее время для теста PIQT. В другом примере вдобавок тестируется пространственное разрешение. Это позволяет анализировать проблемы с пространственным разрешением, геометрической точностью и всеми прочими аспектами, обычно охватываемыми тестом PIQT. С данной целью последовательность для дактилоскопии МР системы следует выполнять с возможностью пространственного разрешения, и оценку данных по словарю можно выполнять попиксельно или в конкретных исследуемых областях. В дальнейшем, обычные тестовые программы, аналогичные программам теста PIQT, можно дополнительно применить на различных картах, а также на простом базовом МР изображении.
Дополнительное усовершенствование состоит в тестировании не всей системы сразу, а в использовании особых тестов для субкомпонентов. Данный подход был бы полезен для уменьшения сложности и соответствующего пространства параметров. Кроме того, это может способствовать исключению потенциальных неоднозначностей, если дефекты системы в разных субкомпонентах выглядят похожими на шаблонах для дактилоскопии МР системы, если запрос «последовательности» выбран неподходящим образом. Таким образом, можно выполнять сначала некоторый тест на надлежащий режим работы подсистемы, после чего дополнительные тесты. Например, вместо тестирования градиентной системы и системы шиммирования высшего порядка одновременно вместе в общей установке, можно рассматривать выполнение соответствующего теста по дактилоскопии системы на всех МР компонентах, кроме нормальных градиентов во время первого исполнения. Во второе исполнение будет включена градиентная система после того, как системы шиммирования высшего порядка уже успешно дактилоскопированы на предмет нормального функционирования. Данная процедура «селективной» дактилоскопии МР системы может также подразумевать применение специальных словарей откликов и МР последовательностей зондирования системы, чтобы более конкретно просматривать пространство соответствующих состояний системы.
Потенциальное преимущество данного нового метода состоит в том, что можно также моделировать и идентифицировать довольно сложные зависимости и взаимодействия отдельных компонентов системы, которые сложно измерять существующим методом «линейного» анализа системы. В традиционном сценарии тестируют каждый отдельный компонент, но независимым, изолированным образом, чтобы сохранять как можно меньшее число переменных. При данном методе, эффекты, которые возникают в результате небольшого снижения рабочих характеристик по меньшей мере двух частей МР системы могут и не обнаруживаться, даже если результаты отражаются в недостаточном качестве изображения.
Дополнительное возможное усовершенствование состоит в том, что анализировать в отношении надлежащего функционирования можно не только базовую МР систему, но также, например, стол для пациента или другие периферийные компоненты.
В одном примере, фантом содержит один или несколько температурных датчиков. Эти датчики служат для двух целей: Во-первых, измерение температуры перед сканом может обеспечивать полезную информацию для повышения точности вычисления измеряемых сигналов. Во-вторых, измерение колебаний температуры во время дактилоскопического скана, допускающее контроль выделения энергии, можно сделать частью самой дактилоскопии.
В дополнительном примере в МР систему можно добавить (простой) контрольный передатчик и/или приемник в целях сервисного обслуживания с использованием предлагаемой дактилоскопии МР системы. Данное контрольное устройство позволит выполнять предлагаемые сервисные функции в случае, когда повреждение системы имеет следствием недостаточный сигнал из стандартного РЧ канала. В противном случае низкие уровни сигналов могут помешать конкретной интерпретации компонентов системы с помощью словаря.
Фиг. 4 представляет пример магнитно-резонансной установки 100 и импульсной последовательности 150. Магнитно-резонансная установка 100 содержит фантом 124 и множество приемных катушек 400, которые обозначены C1-C4. Импульсная последовательность 150 имеет несколько характерных особенностей. В ней присутствует указание на то, когда импульсные последовательности 402 используются для возбуждения спинов в фантоме 124. Можно также использовать некоторое количество разных градиентных импульсов, показанных линией 404. Линия 406 указывает на пространство, в котором можно изменять различные параметры магнитно-резонансной системы. В зависимости от тестов, которые выполняются, можно изменять разные параметры 406 системы. Линия 408 указывает, когда выполняются измерения.
Как изложено выше, фиг. 4 представляет пример МР установки/последовательности, применяемой для дактилоскопии МР системы: фантом 100 и отдельные приемные катушек (C1-C4) для приема МР сигнала. Позиция 150 относится к нескольким РЧ или градиентным импульсам 402, которые используются для создания МР сигнала в известном фантоме. Во время данного измерения изменяют разные параметры компонентов системы (показанные также линией, обозначенной «??» в позиции 150), в то время как производят выборки МР сигнала от известного объекта с использованием приемной системы МР сканера.
Фиг. 5 изображает модуль 162 или способ формирования словаря 500 дактилоскопии магнитно-резонансной системы. Блок 500 соответствует построенному словарю, а также коду для выполнения блока имитационного моделирования. Блочную систему может осуществить для конкретной спиновой системы 124 и конкретной магнитно-резонансной последовательности 150. Для данной известной спиновой системы 124 и известной магнитно-резонансной системы 150 можно изменять различные другие параметры, чтобы обеспечить словарь. Например, возможны изменения в радиочастотной системе 502, градиентной системе 504, приемной системе 506, системе 508 магнита, столе 510 для пациента, физиологической системе 512, или можно также изменять другие параметры 514 системы.
Фиг. 5 представляет пример формирования словаря для дактилоскопии МР системы. Все разные компоненты МР системы, включающие в себя их разные состояния и параметры (конкретные свойства), формируют многомерное пространство, которое могло бы влиять на результат МР эксперимента с использованием известного объекта и данной МР последовательности (ряда разных событий, связанных с МР). Все упомянутые разные источники влияния моделируются для формирования словаря, который отражает потенциальные отклики системы в целом, включающей в себя фантом, на МР последовательность.
Фиг. 6 иллюстрирует общую схему для формирования дактилоскопии магнитно-резонансной системы. Данная схема разбита на три части. Первая часть 600 соответствует эксперименту или сбору данных. Часть 2 соответствует распознаванию шаблонов или словарному картированию 602. Часть 3 соответствует характеризации 604 системы и компонентов. На первом этапе экспериментальный сбор магнитно-резонансных данных содержит физическую систему 100, импульсную последовательность 150 и изменение наборов 606 различных магнитно-резонансных параметров. Затем на этапе 602 результаты или собранные магнитно-резонансные данные сравниваются со словарем 154 для магнитно-резонансной дактилоскопии. На этапе 604 систему характеризуют, например, с использованием множества различных передаточных функций 610, 612, 614 системы. Если никакие неисправности не идентифицируются, то это может соответствовать критериям 616 заключительной приемки системы.
Фиг. 6 представляет общую схему подхода к дактилоскопии МР системы. Применение фантома (100) и подходящей МР последовательности (150) для дактилоскопии МР системы, использующей содержательные наборы (606) МР параметров (в данном случае, для иллюстрации показаны угол поворота спинов и время релаксации (TR)), полученный ответный сигнал анализируется в ранее сформированном словаре (154). Распознавание шаблонов картирует измеренные данные в соответствующие передаточные функции 610, 612, 614 системы или их поднаборы, помогающие характеризовать МРТ-систему, а также субкомпоненты, что приводит к критериям 616 окончательной приемки системы.
Фиг. 7 представляет пример дерева 700 решений. Дерево решений можно использовать для структурирования словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии и команд импульсной последовательности. Например, дерево решений может содержать первый элемент 702. Первый элемент может содержать фрагмент словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии и команд импульсной последовательности. Фрагмент команд импульсной последовательности, который соответствует первому узлу 702, выполняется и затем сравнивается со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии. Затем результаты сравнения могут дать решение по выбору одной из трех ветвей 704. Ветви показаны как направленные к третьему элементу 706, четвертому элементу 708 и пятому элементу 710. Например, сравнение со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии может приводить к способу, соответствующему третьему элементу 706. Когда приходят к третьему элементу 706, выполняется дополнительный сегмент команд импульсной последовательности и затем сравнивается с другим сегментом или секцией словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии. Затем данное сравнение может приводить к ветвям 704, которые направлены к узлам 712 и 714. Узел 712 соответствует первому режиму ухудшения рабочих характеристик, а узел 714 соответствует второму режиму ухудшения рабочих характеристик. Из узлов 708 и 710 можно выйти к дополнительным или последующим режимам 716 ухудшения рабочих характеристик. Посредством прохода по пути вдоль дерева 700 решений можно точно и быстро идентифицировать неисправности, ошибки или режимы ухудшения характеристик в магнитно-резонансной системе.
Измеренный МР сигнал можно сравнивать со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии. Словарь сформирован посредством решения уравнений Блоха для дактилоскопической последовательности с изменениями рабочих характеристик компонентов магнитно-резонансной системы.
В некоторых примерах неисправности в отдельных компонентах/модулях системы изолируются друг от друга. В других примерах дело обстоит по-другому, например, если некоторый компонент (например, РЧ усилитель передачи) выходит из строя, то невозможно получить никакого МР сигнала, но даже такая простая ситуация не является уникальной, то есть, если МР сигнал не измеряется, то ответственными за это может бы много других причин (неисправность РЧ усилителя является всего одной из других вариантов).
Небольшое ухудшение характеристик РЧ усилителя может восприниматься как ухудшение характеристик/несоответствие/неправильная работа многих других компонентов МР системы. Это означает, что не все отдельные компоненты системы изолируются друг от друга. Можно представить, что таблица просмотра линейности РЧ усилителя обновляется ненадлежащим образом или устарела по многим причинам (например, из-за старения компонента в РЧ усилителе и т.п.). Это может проявляться как изменение отношение сигнала к шуму, что, например, может вызываться неисправностью в приемной системе, ненадлежащей работой приемного предусилителя, потерей изоляции/экранирования от некоторого источника питания, который может неожиданно генерировать частотные составляющие вблизи ларморовской частоты, утечкой экранированной камеры (открытая дверь) и множеством других проблем, которые могут быть однозначно идентифицированы в первую очередь. Кроме того, если некоторая подсистема работает на грани отказа, она может линейно, а также нелинейно влиять на другие подсистемы, то есть в данном случае также существует связь между подсистемами.
Следовательно, а также для уменьшения сложности можно предусмотреть многоуровневый анализ системы. Начиная с некоторого уровня сложности, можно применить множество разных последовательностей для дактилоскопии МР системы, чтобы тестировать множество компонентов системы одновременно и во время их синергического/совместного действия. Это может быть полезно потому, что в некоторых случаях отдельные изолированные компоненты могут функционировать отлично, но проблемы возникают именно тогда, когда им приходится работать вместе. С учетом последствий и результатов оценки упомянутых отдельных тестов используют соответствующее дерево решений, основанное на большом объеме априорной информации (наиболее вероятные повреждения системы, взаимосвязи с другими компонентами и т.п.), чтобы создать дополнительные и частично очень конкретные дактилоскопические тест/последовательности, которые предназначаются для избирательного исследования характерных особенностей системы.
Дополнительный аспект состоит в том, что отклик системы изменяется в зависимости от времени (в течение недель, месяцев), и это может представлять очень конкретную особенность, которая могла быть истолкована как характерный признак приходящего в негодность компонента, так что, возможно, было бы полезно отслеживать отклик во времени (намного большем, чем фактическая дактилоскопическая последовательность).
Разные компоненты магнитно-резонансной системы могут проявлять повреждения разными способами.
Ухудшение характеристик системы в РЧ системе:
- В случае старения РЧ усилителя конкретные параметры РЧ прибора (линейность, максимальная мощность и т.п.) могут изменяться характерным образом с изменением выходного РЧ сигнала. Упомянутые изменения можно зарегистрировать методом дактилоскопии. Стабильность выходного РЧ сигнала может изменяться, в частности, во время нагревания и во время начальной фазы работы РЧ усилителя, может измеряться и сопоставляться с соответствующими вероятностями старения/неполадок.
- Компоненты в передающей РЧ катушке для всего тела также могут отказывать или изменяться со временем. Искрение в корпусе или характерные падения напряжения могут вызывать, в результате, значительные нелинейные эффекты. Искровые разряды могут быть источником значительных скачков измеренного МР сигнала, которые можно идентифицировать в данных. Скачки являются очень частыми событиями, которые могут быть обусловлены также множеством других причин или процессами взаимодействия (переключением градиентов, механическими резонансами и т.п.).
Ухудшение характеристик системы в градиентной системе:
- Неисправности градиентного усилителя часто легко идентифицировать посредством особенных специальных тестов компонентов системы (кроме старения градиентных катушек, остающегося под вопросом).
- Существуют проблемы с механикой, поскольку переключение градиентов включает в себя значительные механические усилия, приводящие к тому, что детали могут расшатываться и начинать колебаться. Такое переключение схемы соединений может изменять звук, издаваемый катушкой, но, кроме того, режим вихревых токов и, возможно, также рабочие характеристики и линейность, которые могут считываться методом дактилоскопии.
- Если в дактилоскопической последовательности применяются высокие скорости нарастания напряжения, то может возникать искрение, которое может приводить к выбросам.
Ухудшение характеристик системы в приемной системе:
- Старение компонентов может приводить к изменениям режима работы приемной катушки, например: Повышение коэффициента шумов или полный выход из строя, расстройка частоты, усиления связи соседних катушечных элементов.
Тестовый фантом можно создавать разными способами. Обычно, фантом дает воспроизводимый МР сигнал. Фантом состоит предпочтительно из одного или нескольких хорошо изученных веществ, которые заключены в непроницаемый контейнер, чтобы их свойства не изменялись со временем. Фантом может также включать в себя систему стабилизации температуры, возможно состоящую из нагревательного элемента, одного или нескольких температурных датчиков, внутреннего кожуха, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью и теплоемкостью (но, предпочтительно, не металла), например, керамического материала, и внешнего кожуха, изготовленного из теплоизолирующего материала. Фантом можно также размещать в точно известное положение в МР сканере. Это можно обеспечить включением установочных отверстий или зажимов в конструкцию стола для пациента, посредством которых фантом устанавливают воспроизводимым образом.
Хотя изобретение подробно показано и изложено на чертежах и в вышеприведенном описании, упомянутые изображения и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, специалистами в данной области техники в процессе практической реализации заявленного изобретения могут быть разработаны и выполнены другие модификации раскрытых вариантов осуществления. В формуле изобретения, формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа (в виде неопределенного артикля в оригинале) не исключает множественного числа. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, например, оптическом носителе данных или полупроводниковом носителе, поставляемом совместно с другими аппаратным обеспечением или в его составе, но может также распространяться в других формах, например, по сети Интернет или в других проводных или беспроводных телекоммуникационных системах. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.
СПИСОК ПОЗИЦИЙ
100 магнитно-резонансная система
104 магнит
106 туннель магнита
108 зона измерения или зона визуализации
110 градиентные магнитные катушки
112 источник питания градиентных магнитных катушек
114 радиочастотная катушка
116 приемопередатчик
118 субъект
120 опора для субъекта
122 приводное устройство
124 фантом
126 держатель фантома
128 первый отсек
130 второй отсек
132 срез
136 компьютерная система
138 аппаратный интерфейс
140 процессор
142 пользовательский интерфейс
144 компьютерное запоминающее устройство
146 компьютерная память
150 команды импульсной последовательности
152 магнитно-резонансные данные
154 словарь для магнитно-резонансной дактилоскопии
156 магнитно-резонансное изображение
158 идентифицированные режимы ухудшения рабочих характеристик
160 модуль управления
162 модуль формирования словаря для магнитно-резонансной дактилоскопии
164 модуль реконструкции изображений
166 база данных по ремонтам
300 собрать магнитно-резонансные данные посредством управления магнитно-резонансной системой с помощью команд импульсной последовательности
302 определить один или более режимов ухудшения рабочих характеристик магнитно-резонансной системы путем сравнения магнитно-резонансных данных со словарем для магнитно-резонансной дактилоскопии
400 приемные катушки
402 РЧ импульсы
404 градиентные импульсы
408 произвольные параметры системы
410 времена измерения
500 словарь и имитационная модель Блока
502 РЧ система
504 градиентная система
506 приемная система
508 система магнита
510 стол для пациента
512 физиологическая система
514 другие системы
516 спиновая система (фантом)
518 МР последовательность
600 экспериментальная дактилоскопия МР системы
602 распознавание шаблонов или словарное картирование
604 характеризация системы и компонентов
606 Наборы МР параметров
610 передаточная функция системы
612 передаточная функция системы
614 передаточная функция системы
616 критерии окончательной приемки системы
700 дерево решений
702 первый элемент
704 ветвь
706 третий элемент
708 четвертый элемент
710 пятый элемент
712 первый режим ухудшения рабочих характеристик
714 второй режим ухудшения рабочих характеристик
716 последующий режим ухудшения рабочих характеристик