СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ОДНОВОКСЕЛЬНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
IMAGING SYSTEM FOR SINGLE-SITE SPECTROSCOPY

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Магнитно-резонансная визуализация (MRI) позволяет захватывать изображения ткани in vivo и неинвазивным образом. MRI отличается от рентгеновской визуализации или CT сканирования тем, что в MRI используют магнитные поля для получения изображения, в противоположность ионизирующему излучению. Следовательно, MRI является относительно безвредной. Соответственно, сейчас MRI используют в определенном спектре применений в области медицинской диагностики. При клинической MRI пациента помещают внутрь сканера системы MRI и на область пациента, представляющую интерес, воздействуют магнитным полем, создаваемым сканером системы MRI, также обозначаемым как локализатор. В основном, частоту магнитного поля выбирают для того, чтобы вызывать резонанс (т. е., возбуждать) определенные атомы, образующие ткань в области, представляющей интерес, и захватывают и анализируют излучение возбужденных атомов для того, чтобы получать изображение ткани.
[0002] Магнитно-резонансная спектроскопия (MRS), также известная как спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), объединяет магнитно-резонансную визуализацию и спектроскопические способы. В основном, при MRS системой MRI управляют для того, чтобы сначала выполнять MRI сканирование, при котором захватывают изображение анатомической области, представляющей интерес, в образце или пациенте, и изображение используют для того, чтобы планировать спектроскопию, в том числе для помощи при идентификации локализованного объема внутри области, представляющей интерес, где следует осуществлять спектроскопию. Один аспект управления системой MRI для того, чтобы осуществлять спектроскопию, состоит в «шиммировании» магнитного поля, создаваемого системой MRI, в попытке максимизировать однородность поля в локализованном объеме внутри области, представляющей интерес. Захватывают и анализируют спектры или спектр излучения ткани, ограниченной этим локализованным объемом внутри шиммированного магнитного поля.
[0003] Спектр/спектры, получаемые посредством MRS, содержат информацию о метаболитах, образующих ткань в локализованном объеме внутри области, представляющей интерес. Следовательно, MRS представляет собой способ, предпочтительный для получения изображений и информации для опухолей, в частности таких опухолей, как те, которые могут присутствовать в головном мозге. Такую информацию можно использовать для того, чтобы диагностировать и определять стадии опухолей.
[0004] Кроме того, MRS можно классифицировать как одновоксельную MRS или многовоксельную MRS (также обозначаемую как визуализацию химического сдвига).
[0005] В одновоксельной MRS, как подразумевает название, изображение области, представляющей интерес, для анатомического планирования получают посредством стандартной MRI, и один объем (один воксель) определяют и локализуют в области, представляющей интерес, под управлением технического специалиста на основании наблюдения изображения для анатомического планирования и его или ее опыта с использованием протокола для предполагаемой патологии. В этот момент, как описано выше, магнитное поле шиммируют для одного вокселя. Как результат, получают спектр магнитного резонанса из одного объема. Концентрации метаболитов можно измерять по спектру для того, чтобы получать информацию о характеристиках ткани внутри области одного вокселя.
[0006] При CSI, спектры излучения получают из нескольких объемов в двухмерном срезе, представляющем интерес, или трехмерной области, представляющей интерес. Таким образом, несмотря на то, что CSI благоприятнее одновоксельной MRS в том отношении, что можно исследовать больший образец в области, представляющей интерес, она имеет такой недостаток, что она обеспечивает более низкое отношение сигнала к шуму (SNR) и требует более длительного времени сканирования.
[0007] Однако, клинический успех использования одновоксельной MRS значительно зависит не только от шиммирования магнитного поля, но и местоположения, в котором один воксель расположен внутри области, представляющей интерес.
[0008] В частности, размещение одного вокселя в области магнитного поля высокой однородности может вести к хорошим одновоксельным результатам, тогда как размещение одного вокселя в участке низкой однородности поля, т. е., в участке неоднородности магнитного поля, может вести к низкому отношению сигнала к шуму (SNR). Процесс размещения одного вокселя может зависеть от оператора, что ведет к плохим результата, в частности, при исполнении необученным или относительно неопытным техническим специалистом по MRI.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ
[0009] В соответствии с репрезентативным вариантом осуществления предоставлен способ использования в магнитно-резонансной визуализации, который включает воздействие на область, представляющую интерес, магнитным полем, создающим изображение области, представляющей интерес, для анатомического планирования по сигналам, излучаемым областью, представляющей интерес, в результате этого воздействия магнитного поля, анализ однородности магнитного поля на протяжении области, представляющей интерес, и, на основании анализа магнитного поля, получение карты участков изображения для анатомического планирования с различными степенями однородности магнитного поля.
[00010] Магнитное поле можно получать с использованием локализатора системы магнитно-резонансной визуализации (MRI).
[00011] Одновоксельную магнитно-резонансную спектроскопию (MRS) можно проводить посредством размещения одного спектроскопического вокселя внутри анатомической области, представляющей интерес, как проинструктировано картой.
[00012] Одновоксельную магнитно-резонансную спектроскопию (MRS) можно проводить посредством размещения одного спектроскопического вокселя внутри анатомической области, представляющей интерес, как проинструктировано картой, полученной способом, в котором локализатор создает магнитное поле, но также посредством работы системы MRI для того, чтобы получать спектр магнитного резонанса из этой части анатомической области, представляющей интерес, ограниченной одним спектроскопическим вокселем.
[00013] В этом случае, изображение для анатомического планирования и спектр магнитного резонанса можно получать последовательно, пока пациент, проходящий MRS, остается внутри системы MRI.
[00014] Альтернативно, изображение для анатомического планирования можно получать в виде отдельного сканирования пациента прежде, чем пациента помещают в систему MRI для сканирования, при котором получают спектр магнитного резонанса.
[00015] Анализ магнитного поля может включать пошаговое перемещение спектроскопического вокселя по области, представляющей интерес, измерение характеристики магнитного поля в спектроскопическом вокселе каждый раз, когда спектроскопический воксель локализуют в новом положении в результате пошагового перемещения, и вычисление FWHM в характеристике магнитного поля в каждом положении спектроскопического вокселя.
[00016] Инструктирующую карту можно получать посредством разграничения по меньшей мере трех участков изображения для анатомического планирования, в которых степени однородности магнитного поля отличаются друг от друга.
[00017] Инструктирующую карту можно получать посредством отображения контуров по меньшей мере трех участков изображения для анатомического планирования, в которых степени однородности магнитного поля отличаются друг от друга.
[00018] Инструктирующую карту также можно получать посредством цветового кодирования этих по меньшей мере трех участков.
[00019] Кроме того, размер одного спектроскопического вокселя можно вычислять на основании инструктирующей карты.
[00020] Например, размер одного вокселя можно вычислять на основании размера области перекрытия между участком инструктирующей карты, где однородность магнитного поля является наибольшей, и разграниченной области изображения для анатомического планирования.
[00021] В соответствии с другим репрезентативным вариантом осуществления предоставлен способ одновоксельной магнитно-резонансной спектроскопии (MRS), который включает создание изображения для анатомического планирования из области, представляющей интерес, с использованием магнитного поля, получение и отображение карты участков изображения для анатомического планирования, которые имеют различные степени однородности магнитного поля, и впоследствии создание спектра резонанса, излучаемого одним вокселем, расположенным в этой часть области, представляющей интерес, ограниченной одним спектроскопическим вокселем.
[00022] В соответствии с этим репрезентативным вариантом осуществления, карту можно получать посредством пошагового перемещения спектроскопического вокселя по области, представляющей интерес, измерения характеристики магнитного поля в спектроскопическом вокселе каждый раз, когда визуализирующий спектроскопический воксель локализуют в новом положении в результате пошагового перемещения, и вычисления FWHM в характеристике магнитного поля в каждом положении спектроскопического вокселя.
[00023] Карту можно получать посредством разграничения по меньшей мере трех участков изображения для анатомического планирования, в которых степени однородности магнитного поля отличаются друг от друга.
[00024] Вдобавок размер одного спектроскопического вокселя можно вычислять на основании карты.
[00025] Например, размер одного спектроскопического вокселя можно вычислять на основании размера области перекрытия между участком карты, где однородность магнитного поля является наибольшей, и разграниченной области изображения для анатомического планирования.
[00026] В соответствии с еще одним другим репрезентативным вариантом осуществления предоставлен способ проведения одновоксельной магнитно-резонансной спектроскопии (MRS), который включает получение изображения области, представляющей интерес, для анатомического планирования с использованием магнитного поля, расположение одного спектроскопического вокселя внутри области, представляющей интерес, и получение спектра магнитного резонанса излучаемого этой частью области, представляющей интерес, ограниченной одним спектроскопическим вокселем, и где один спектроскопический воксель располагают внутри области, представляющей интерес, посредством наблюдения отображения карты участков изображения для анатомического планирования, которые имеют различные степени однородности магнитного поля, и работы системы магнитно-резонансной визуализации (MRI), как проинструктировано отображением, чтобы располагать один спектроскопический воксель в местоположении в области, представляющей интерес.
[00027] В соответствии с этим репрезентативным вариантом осуществления, изображение для анатомического планирования и получение спектра магнитного резонанса можно осуществлять последовательно, пока пациент, проходящий MRS, остается внутри системы MRI.
[00028] Альтернативно, изображение для анатомического планирования можно получать в виде отдельного сканирования пациента прежде, чем пациента помещают в систему MRI для сканирования, в котором получают спектр магнитного резонанса.
[00029] В соответствии с еще одним другим репрезентативным вариантом осуществления, предоставлена система визуализации, которая содержит магнитное/катушечное устройство, выполненное с возможностью воздействовать на область магнитным полем, и система управления, которая содержит блок управления, который управляет работой магнитного/катушечного устройства и принимает сигналы, излучаемые областью в результате воздействия на нее магнитным полем, и процессор, выполненный с возможностью получать один спектроскопический воксель, и при этом система управления выполнена с использованием данных наложения, репрезентативных для участков изображения для анатомического планирования с различными степенями однородности магнитного поля, которые используют для того, чтобы создавать изображение для анатомического планирования, и где процессор и блок управления функционально связаны так, что система магнитно-резонансной визуализации выполнена с возможностью работать в режиме одновоксельной спектроскопии, в котором один воксель можно располагать внутри области, представляющей интерес, изображения для анатомического планирования на основании данных наложения, причем магнитным/катушечным устройством управляют с помощью блока управления для того, чтобы воздействовать магнитным полем на область, ограниченную одним спектроскопическим вокселем, и блок управления получает спектр магнитного резонанса, испускаемого этой областью, ограниченной одним спектроскопическим вокселем.
[00030] В соответствии с этим репрезентативным вариантом осуществления, система также может содержать консоль, которая содержит дисплей, и при этом система управления выполнена с возможностью генерировать карту участков изображения для анатомического планирования с различными степенями однородности магнитного поля, и может быть функционально связана с консолью так, что карту можно отображать на дисплее во время режима одновоксельной спектроскопии.
[00031] Карта может содержать по меньшей мере три участка изображения для анатомического планирования, в которых степени однородности магнитного поля отличаются друг от друга.
[00032] Карта может иметь контурные линии на границах между смежными по меньшей мере тремя участками.
[00033] В этом случае, по меньшей мере три участка можно кодировать цветом для того, чтобы различать их между собой.
[00034] Процессор также можно выполнять с возможностью вычислять размер одного спектроскопического вокселя на основании данных наложения.
[00035] В этом случае, размер одного вокселя можно вычислять на основании размер области перекрытия между участком, где однородность магнитного поля является наибольшей, и разграниченной областью изображения для анатомического планирования.
[00036] Также систему управления можно выполнять с возможностью обрабатывать изображение для анатомического планирования и тем самым разграничивать область, представляющую интерес, на изображении для анатомического планирования, вычислять размер одного спектроскопического вокселя и определять местоположение одного спектроскопического вокселя внутри области, представляющей интерес, на основании данных наложения, все автоматически, пока система находится в режиме одновоксельной спектроскопии.
[00037] В соответствии с еще одним другим репрезентативным вариантом осуществления, предусмотрен энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, хранящий программу, исполняемую контроллером для управления системой визуализации. Машиночитаемый носитель данных содержит: сегмент кода изображения для анатомического планирования для получения изображения области, представляющей интерес, для анатомического планирования по сигналам, излучаемым областью, представляющей интерес, в результате воздействия на нее магнитным полем; аналитический сегмент кода для анализа магнитного поля на предмет его однородности на протяжении области, представляющей интерес, на основании анализа магнитного поля; и сегмент кода получения карты для получения карты участков изображения для анатомического планирования с различными степенями однородности магнитного поля, на основании анализа магнитного поля.
[00038] В соответствии с репрезентативным вариантом осуществления, машиночитаемый носитель данных дополнительно содержит первый сегмент кода предварительного сканирования для управления системой визуализации для того, чтобы получать изображение для анатомического планирования с использованием магнитного поля, и второй сегмент кода предварительного сканирования для управления системой визуализации для того, чтобы получать данные магнитного поля для магнитного поля, используемые для того, чтобы получать изображение для анатомического планирования и получать данные наложения из изображения для анатомического планирования и данных магнитного поля.
[00039] В соответствии с репрезентативным вариантом осуществления, сегмент кода получения карты дополнительно содержит сегмент кода генерации карты для генерации карты данных наложения и для управления системой визуализации для того, чтобы отображать карту.
[00040] В соответствии с репрезентативным вариантом осуществления, первый сегмент кода предварительного сканирования содержит сегмент кода для процессора изображений для того, чтобы обрабатывать изображение для анатомического планирования для того, чтобы получать сегментационные данные, репрезентативные для разграничения области, представляющей интерес, второй сегмент кода предварительного сканирования содержит сегмент кода для получения данных наложения на основании сегментационных данных, а носитель данных дополнительно содержит одновоксельный рабочий сегмент кода для вычисления размера одного спектроскопического вокселя на основании данных наложения.
[00041] В соответствии с репрезентативным вариантом осуществления, одновоксельный спектроскопический рабочий сегмент кода содержит сегмент кода определения местоположения для определения местоположения одного спектроскопического вокселя внутри области, представляющей интерес, на основании данных наложения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
[00042] Данные положения наиболее понятны из следующего подробного описания при прочтении вместе с сопроводительными чертежами. Признаки не обязательно изображены с соблюдением масштаба. Когда практически применимо, схожие номера позиций относятся к схожим признакам.
[00043] На фиг. 1 представлена блочная диаграмма примера системы MRI в соответствии с репрезентативным вариантом осуществления.
[00044] На фиг. 2A представлена блок-схема MRS способа в соответствии с репрезентативным вариантом осуществления.
[00045] На фиг. 2B представлена блок-схема процесса, используемого для расположения одного вокселя в MRS способе, представленном на фиг. 2A, в соответствии с репрезентативным вариантом осуществления.
[00046] На фиг. 3 представлена блок-схема подпрограммы для получения вариаций в магнитном поле, используемом для проведения MRI сканирования, в соответствии с репрезентативным вариантом осуществления.
[00047] На фиг. 4 представлена диаграмма получаемой инструктирующей карты в соответствии с репрезентативным вариантом осуществления для использования в расположении одного вокселя в области, представляющей интерес, в MRS процессе.
[00048] На фиг. 5A представлена принципиальная диаграмма, которая иллюстрирует пример получения инструктирующей карты и размещения одного вокселя с использованием инструктирующей карты в случае относительно малого одного вокселя.
[00049] На фиг. 5B представлена принципиальная диаграмма, которая иллюстрирует пример получения инструктирующей карты и размещения одного вокселя с использованием инструктирующей карты в случае относительно большого одного вокселя.
[00050] На фиг. 6A представлен пример изображения для анатомического планирования, инструктирующей карты, содержащей один воксель, наложенный на изображение для анатомического планирования, и графические спектральные данные, полученные из области, ограниченной одним вокселем, с использованием способа в соответствии с репрезентативным вариантом осуществления.
[00051] На фиг. 6B представлена диаграмма инструктирующей карты, показывающая примеры значений FWHM, используемых для того, чтобы формировать контурные линии инструктирующей карты.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[00052] В дальнейшем подробном описании в целях объяснения, а не ограничения, репрезентативные варианты осуществления, раскрывающие конкретные детали, изложены для того, чтобы обеспечивать полное понимание данных положений. Описания известных систем, устройств, материалов, способов работы и способов изготовления можно опустить с тем, чтобы избежать затруденное понимание описания образцовых вариантов осуществления. Тем не менее, системы, устройства, материалы и способы, которые входят в компетенцию специалиста в данной области, можно использовать в соответствии с репрезентативными вариантами осуществления.
[00053] Следует понимать, что терминология, используемая в настоящем документе, предназначена для целей описания только конкретных вариантов осуществления и не предназначена в качестве ограничения. Термины, которым даны определения, дополняют технические и научные значения терминов, которым даны определения, как обыкновенно понимают и принято в области данных положений.
[00054] Относительные термины, такие как «выше», «ниже», «верх», «низ», «верхний» и «нижний» можно использовать для того, чтобы описывать относительные положения различных элементов друг относительно друга, как проиллюстрировано на сопроводительных чертежах. Эти относительные термины предназначены для того, чтобы охватывать различные ориентации устройства и/или элементов в дополнение к ориентации, изображенной на чертежах. Например, если устройство перевернуто относительно вида на чертежах, то элемент описанный как «выше» другого элемента, например, должен быть ниже этого элемента. Если первое устройство называют соединенным или связанным со вторым устройством, это охватывает примеры, где одно или несколько промежуточных устройств можно использовать для соединения двух устройств друг с другом.
[00055] Как используют в описании и приложенной формуле изобретения, формы единственного числа включают формы множественного числа, и наоборот, пока контекст явно не диктует иное. Таким образом, например, «устройство» включает одно устройство и множество устройств.
[00056] Как используют в описании и приложенной формуле изобретения, и в дополнение к их обычным значениям, термины «существенный» или «по существу» обозначают приемлемые пределы или степень. Например, «по существу отмененный» обозначает, что специалист в данной области сочтет, что отмена является приемлемой.
[00057] Как используют в описании и приложенной формуле изобретения и в дополнение к его обычному значению, термин «приблизительно» обозначает приемлемый предел или количество для среднего специалиста в данной области. Например, «приблизительно одинаковые» обозначает, что специалист в данной области сочтет, что сравниваемые объекты являются одинаковыми.
[00058] Кроме того, термин «пациент», как используют в этом описании, не ограничен человеком и охватывает любой субъект, восприимчивый к MRI способам, т. е. охватывает анатомическую материю в широком смысле. Термин «сканирование» может относиться к сканированию, состоящему из цикла регистрации одного кадра изображения, а также к способам сканирования, в которых выполняют серию отдельных циклов регистрации, которые одинаковы в отношении MR параметров и контрастов, т. е. сканирование содержит множество отдельных кадров изображения. Термин «размер» ясен из контекста, например, в целом относится к объему куба, в том случае, когда это относится к размеру трехмерного признака. Другая терминология, используемая в настоящем документе с целью описания конкретных примеров или репрезентативных вариантов осуществления, должна иметь четкое значение, в котором ее понимают в данной области и иным образом взята из контекста.
[00059] Также термины «содержит» или «содержащий», когда используют в этом описании, определяют присутствие установленных признаков или процессов, но не исключают присутствия дополнительных признаков или процессов.
[00060] Данные положения в целом относятся к визуализации образцов, содержащих ткань пациентов, с использованием магнитных полей. В частности, положения относятся к магнитно-резонансной спектроскопии (MRS). Что полезно, одновоксельный MRS способ по одному из вариантов осуществления обеспечивает усовершенствованную визуализацию. Кроме того, способ по одному из вариантов осуществления снижает зависимость качества результатов MRS сканирования от уровня навыков технического специалиста, выполняющего сканирование. Кроме того, способ по одному из вариантов осуществления предусматривает дисплей, который технический специалист по MRI может использовать для того, чтобы оптимизировать размещение одного вокселя при проведении одновоксельной MRS.
[00061] Перед описанием способов согласно репрезентативным вариантам осуществления, описана система 1 MRI, которую можно использовать для того, чтобы осуществлять данные положения со ссылкой на фиг. 1.
[00062] Образцовая система 1 MRI содержит камеру для MRI исследований или магнитное помещение 3, внутри которого пациента 2 располагают для исследования. Система 1 MRI также содержит магнитное/катушечное устройство 4, расположенное внутри камеры 3 для исследований с тем, чтобы проходить около пациента 2 внутри камеры 3 для исследований. Магнитное/катушечное устройство 4 содержит различные функциональные блоки (не показано), адаптированные для того, чтобы подвергать пациента 2 специальному магическому полю, используемому для того, чтобы вызывать сигналы ядерного магнитного резонанса из конкретного местоположения 2a (например, из головного мозга, обозначенного как «X») внутри пациента 2 и, в частности, из области, представляющей интерес, (ROI) в этом конкретном местоположении (например, из области внутри головного мозга).
[00063] Система 1 MRI также содержит систему 5 управления, соединенную с камерой 3 для исследований посредством двусторонней линии 6 передачи. На базовом уровне система 5 управления содержит блок 7 управления для управления работой блоков, образующих магнитное/катушечное устройство 4, и для приема ЯМР данных пациента, таких как MRI данные и данные для спектроскопического анализа. В целом, блок 7 управления можно реализовать многими путями (например, с использованием специализированного аппаратного обеспечения) для того, чтобы осуществлять различные функции, рассмотренные в настоящем документе. «Процессор» представляет собой один из примеров контроллера, который использует один или несколько микропроцессоров, которые можно программировать с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для того, чтобы осуществлять различные функции, рассмотренные в настоящем документе. Блок 7 управления можно реализовать с использованием процессора или без него, а также можно реализовать в виде комбинации специализированного аппаратного обеспечения для того, чтобы осуществлять некоторые функции, и процессора (например, одного или нескольких программируемых микропроцессоров и связанных схем) для того, чтобы осуществлять другие функции. Примеры компонентов контроллера, которые можно использовать в различных вариантах осуществления настоящего описания, включают, но не ограничиваясь этим, стандартные микропроцессоры, микроконтроллеры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).
[00064] В различных реализациях, блок 7 управления может быть связан с одной или несколькими запоминающими средами (в общем обозначаемыми в настоящем документе как «память», например, энергозависимая и энергонезависимая компьютерная память, такая как оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), электрически программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), привод на универсальной последовательной шине (USB), гибкие диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т. д.). В некоторых реализациях запоминающие среды можно кодировать с использованием одной или нескольких программ, которые при исполнении блоком 7 управления осуществляют по меньшей мере некоторые из функций, рассмотренных в настоящем документе. Различные запоминающие среды можно фиксировать в блоке 7 управления или можно транспортировать так, что одну или несколько программ, хранимых в них, можно загружать в процессор или контроллер с тем, чтобы реализовать различные аспекты данных положений, рассмотренных в настоящем документе. Термины «программа», «компьютерная программа» или «инструкции» используют в настоящем документе в обычном смысле, чтобы отослать к компьютерному коду или сегменту кода любого типа (например, программное обеспечение или микрокод), который можно использовать для программирования блока 7 управления.
[00065] Кроме того, система 5 управления содержит блок 8 обработки данных для обработки данных и блок 9 совмещения для совмещения изображений, оба они соединены с блоком 7 управления. Система 5 управления также содержит блок 10 коррекции предполагаемого движения (PMC блок) и блок 11 геометрии, последний для определения, хранения и обновления предварительно определяемой геометрии сканирования. PMC блок 10 и блок 11 геометрии также соединены с блоком 7 управления. Система 5 управления дополнительно соединена с пользовательской консолью 12, посредством которой систему 1 MRI может приводить в действие технический специалист.
[00066] На более низком иерархическом уровне блок 7 управления содержит управляющий процессор 7.1, приемопередатчик 7.2, импульсный генератор 7.3, память 7.4 и (градиентный) усилитель 7.5, посредством которых блок 7 управления управляет работой камеры 3 для исследований, например, посредством передачи РЧ импульсов на РЧ катушки магнитного/катушечного устройства 4 для генерации конкретного магнитного поля внутри пациента 2 и посредством приема от магнитного/катушечного устройства 4 ЯМР сигналов, испускаемых из ROI 2b. В целом, работой блока 7 управления управляют посредством процессора 7.1 применительно к управляющим программам (не показано), хранимым в памяти 7.4, например, для модификации РЧ импульсов и градиентных форм волн, генерируемых импульсным генератором 7.3 в функциональной связи с градиентным усилителем 7.5.
[00067] Блок 8 обработки данных в системе 5 управления содержит процессор 8.1 изображений, буфер 8.2 изображений и архив 8.3. Посредством этих элементов блок 8 обработки данных может временно хранить данные ЯМР изображения, принимаемые с помощью блока 7 управления, для осуществления стандартных процедур обработки изображений, например, преобразования Фурье, таким образом получая конкретных желаемый формат данных изображения, и для хранения последнего квазипостоянно для целей архивирования.
[00068] Блок 9 совмещения в системе 5 управления содержит процессор 9.1 совмещения и память 9.2, которые конъюнктивно работают для того, чтобы совмещать сканирования друг относительно друга, т. е. чтобы сравнивать различные изображения сканирования и извлекать информацию о сравнении в виде отклонений между изображениями сканирования.
[00069] PMC блок 10 в системе 5 управления также можно адаптировать для предполагаемого контроля движения в отношении модификации параметров сканирования во время регистрации данных изображения с квантованием по времени, т. е. в пределах временной последовательности, составляющей одно сканирование. С этой целью система 1 MRI дополнительно может содержать внешнее средство 14 определения положения, функционально связанное как с камерой 3 для исследований, так и с системой 5 управления, например, камеру для измерения положения пациента 2. Иным образом PMC можно осуществлять с использованием сигналов орбитального MR навигатора или координатных меток.
[00070] Блок 11 геометрии действует для того, чтобы предварительно определять геометрию сканирования, которую можно совместно использовать во множестве различных сценариев сканирования в отношении MR параметров и контраста, как генерируют с помощью блока 7 управления, и чтобы предоставлять эту геометрию в блок 7 управления, чтобы соответственно вызывать ЯМР сигналы от пациента 2. С этой целью, блок 11 геометрии в системе 5 управления содержит процессор 11.1 геометрии, память 11.2, выполненную с возможностью или для хранения кода, связанного с геометрией сканирования, средство 11.3 генерации геометрии, средство 11.4 генерации преобразования геометрии и средство 11.5 обновления геометрии.
[00071] Пользовательская консоль 12 в системе 1 MRI содержит процессор 12.1 и средство 12.2 ввода и средство 12.2 вывода, управляемые процессором 12.1. Средство 12.2 ввода позволяет техническому специалисту по MRI управлять работой системы 1 MRI и может содержать клавиатуру/мышь. Средство 12.3 вывода может отображать меню и т. п. для использования при выборе программ, которые управляют работой системы 1 MRI, а также данные и изображения, генерируемые системой 1 MRI, и может содержать экран дисплея. Меню могут представлять собой всплывающие меню для различных протоколов пациентов, режимов сканирования, параметров работы и т. д. Таким образом, технический специалист по MRI может управлять и оказывать влияние на работу системы 1 MRI с использованием средств 12.1 и 12.2 ввода и вывода.
[00072] Система 1 MRI представляет собой только пример системы MRI, которую можно адаптировать для использования при осуществлении данных положений. То есть, специалистам в данной области будет ясно, что взамен можно использовать системы MRI, которые имеют функциональные блоки, например, блоки 7-11, устроенные и выполненные иначе, чем те, которые представлены и описаны со ссылкой на фиг. 1.
[00073] Далее описан способ проведения одновоксельной магнитно-резонансной спектроскопии (MRS) со ссылкой на фиг. 1, 2A и 2B. Способ включает MRI процесс (S100) для получения изображения для анатомического планирования области, представляющей интерес, (ROI), и спектроскопический процесс (S200) для получения спектральных данных из одного вокселя, расположенного внутри ROI. Изображение для анатомического планирования и спектр магнитного резонанса можно получать последовательно, пока пациент, проходящий MRS, остается внутри системы MRI. Альтернативно, изображение для анатомического планирования можно получать в виде отдельного сканирования пациента прежде, чем пациента помещают в систему MRI для сканирования, которая создает спектральные данные.
[00074] Изображение области, представляющей интерес, для анатомического планирования (ROI) может получать технический специалист по MRI посредством размещения пациента в камере 3 для исследований в системе 1 MRI с фиг. 1 и выбора протокола для MRI сканирования ROI.
[00075] Например, в случае, когда одновоксельное MRS используют для того, чтобы получать информацию из ROI в головном мозге, первые стадии, выполняемые техническим специалистом по MRI, могут состоять в сборке катушки для головного мозга в качестве части магнитного/катушечного устройства 4 системы MRI и содействии загрузке пациента в камеру для исследований так, чтобы голова пациента располагалась в катушке для головного мозга. Затем технический специалист по MRI вызывать меню «Информация о пациенте» на дисплее (средство 12.2 вывода) с использованием клавиатуры (средства 12.3 ввода) пользовательской консоли 12, выбирать «Голова» из меню пациента и выбирать режим работы, т. е. серию параметров, при которых соответствующие блоки, связанные с катушкой для головного мозга магнитного/катушечного устройства 4, должны быть выполнены с возможностью сканировать головной мозг пациента. Эти параметры известны per se в данной области и, таким образом, не описаны подробно. Кроме того, в этом примере, катушка для головного мозга составляет то, что можно обозначать как трехмерный локализатор системы 1 MRI.
[00076] Также протокол, выбираемый техническим специалистом по MRI, может осуществлять сканирование локализатора с помощью системы 1 MRI. Сканирование локализатора представляет собой то, что определяет плоскости в головном мозге, вдоль которых осуществляют визуализацию, и вдоль этих плоскостей проводят сканирование для того, чтобы получать изображения анатомической области, представляющей интерес. Эти изображения можно отображать посредством системы 1 MRI на дисплее (средство 12.2 вывода) для наблюдения техническим специалистом по MRI. Одно или несколько из этих изображений локализатора выбирает технический специалист по MRI в качестве изображения для анатомического планирования, используемого для того, чтобы планировать следующую стадию, которая представляет собой процесс спектроскопии. Например, изображение, на котором обнаруживают опухоль, благодаря области на изображениях с конкретным контрастом, выбирают в качестве изображения для анатомического планирования, и изображение для анатомического планирования сохраняют в памяти блока 7 управления. Несмотря на несколько фактических изображений, каждое опухоли можно отбирать в качестве изображения для анатомического планирования, используемого в процессе S200 спектроскопии, для простоты описан процесс, как применяют к использованию только одного изображения.
[00077] Процесс S200 спектроскопии осуществляют в области, представляющей интерес, с использованием изображения для анатомического планирования. Процесс S200 спектроскопии включает расположение одного спектроскопического вокселя внутри области, представляющей интерес, (S210) и получение спектральных данных из этой части области, представляющей интерес, ограниченной одним вокселем, т. е. спектра испускания, отражающего концентрации метаболитов в этой части области, представляющей интерес, ограниченной одним спектроскопическим вокселем (S220).
[00078] Более конкретно, на стадии S210, технический специалист по MRI наблюдает «инструктирующую карту» участков изображения для анатомического планирования, которые имеют различные степени однородности магнитного поля (S210A), и приводит в действие систему MRI, как проинструктировано картой, чтобы размещать один спектроскопический воксель в оптимальном местоположении (описанном более подробно далее) в области, представляющей интерес (S210B). Инструктирующая карта, таким образом, в основном представляет собой наложение карты неоднородности магнитного поля и изображения для анатомического планирования (см. фиг. 4 и ее описание далее), и ее можно автоматически генерировать с помощью системы 1 MRI и выводить на дисплее (средство 12.2 вывода) пользовательской консоли 12 системы 1 MRI.
0
0
0
0
[00079] Карты магнитного поля, на которых вариации характеристики, а именно, частоты магнитного поля B, создаваемого системой MRI, для использования в MRI сканировании известны в данной области, per se. Причина, по которой магнитное поле B может варьировать на протяжении ROI, состоит в том, что магнитное поле B искажается за счет различий в композиции ткани, образующей ROI. Например, в случае опухоли, опухоль может иметь апоптоз или может иметь кровоизлияние, и в этом случае железо в крови будет искажать магнитное поле B. Однако такие карты магнитного поля до настоящего времени только получали применительно к визуализации химического сдвига (многовоксельная спектроскопия) для использования в оценке качества или корректности процесса, используемого для получения двухмерных и трехмерных спектроскопических данных.
0
[00080] На фиг. 3 проиллюстрирована подпрограмма, которую может осуществлять система MRI для создания карты неоднородности магнитного поля, которая отражает ΔB, для использования в стадии S210.
0
0
[00081] Система MRI создает двухмерный или трехмерный пиксель визуализации определенного размера на основании протокола, выбранного техническим специалистом по MRI (S310). Пиксель визуализации можно создавать в соответствии с программой или данными, хранимыми в блоке управления системы MRI, таком как блок 7 управления в системе 1 MRI с фиг. 1, например. Пиксель визуализации в целом будет того же размера, что и у одного вокселя, подлежащего использованию позже при регистрации спектральных данных (S220). Затем система MRI пошагово перемещает спектроскопический воксель по ROI в соответствии с массивом пикселей визуализации в ROI. В частности, система MRI центрирует спектроскопический воксель на пикселе визуализации в ROI, вычисляет полную ширину на уровне полумаксимума (FWHM) частотной характеристики магнитного поля B в пикселе визуализации и присваивает измеряемую характеристику FWHM пикселю визуализации, который является центральным для спектроскопического вокселя. Затем алгоритм перемещает спектроскопический воксель на следующий пиксель визуализации в массиве и повторяет вычисление. Затем это повторяют до тех пор, пока все пиксели визуализации не получат значение FWHM, присвоенное им. Этот процесс (S320) создает инструктирующую FWHM карту контурных FWHM линий (S330). Контурные линии представляют собой то, вдоль чего химические сдвиги в предварительно определяемых диапазонах FWHM наблюдают в результате сканирования ROI магнитным полем B заданной напряженности, например, 1,5 T, 3 T или 7 T. То есть, число контурных линий и диапазоны химических сдвигов, которые должны быть представлены контурными линиями, предварительно определяют на основании напряженности поля и выбранной ROI. Их может задавать технический специалист по MRI или производитель системы MRI в качестве части конфигурации системы MRI.
[00082] Затем данные, представляющие контурные линии инструктирующей FWHM карты, можно записывать, например, сохранять в памяти блока 7 управления системы 1 MRI (S340).
0
[00083] На фиг. 4 проиллюстрирован пример инструктирующей карты, полученной из изображения для анатомического планирования и данных ΔB (т. е. инструктирующая FWHM карта).
0<
0<
0
0<
0<
0
[00084] На фиг. 4, общий участок представляет опухоль. То есть, штриховые линии показывают разграничение опухоли и другой ткани головного мозга в области, представляющей интерес. В примере, представленном на фиг. 4, в котором область головного мозга составляет ROI, отображают 3 контурные линии - «наилучшая», «хорошая» и «избегать» - и диапазоны химических сдвигов вдоль контурных линий представляют собой: {«наилучшая»=0 < ΔB0,03 ч./млн; «хорошая»=0,03 ч./млн < ΔB0,1 ч./млн; и «избегать»=ΔB > 0,1 ч./млн}. В герцах демонстрационный пример может представлять собой {«наилучшая»=0 < ΔB5 Гц; «хорошая»=5Гц < ΔB15 Гц; и «избегать»=ΔB > 30Гц}
[00085] Следовательно, может быть ценно то, что участок, ограниченный контурными линиями, представляет собой участки изображения для анатомического планирования, в которых степени однородности магнитного поля отличаются друг от друга. Кроме того, контурные линии и, таким образом, участки, ограниченные контурными линиями, могут иметь цветовое кодирование для того, чтобы позволить техническому специалисту по MRI отличать участок магнитного поля с наилучшей однородностью от просто хорошего участка (участков) и участка(участков), которые следует избегать. Несмотря на то, что не показано, «наилучшую» контурную линию можно отображать в виде зеленой контурной линии, «хорошую» контурную линию можно отображать в виде желтой контурной линии и контурную линию «избегать» можно отображать в виде красной контурной линии.
[00086] Теперь посредством наблюдения инструктирующей карты, такой как та, что представлена на фиг. 4, технический специалист по MRI может выполнять размещение одного вокселя посредством системы 1 MRI не только в пределах ROI, как диктует изображение для анатомического планирования, т. е., в некотором месте внутри границ опухоли, но также в местоположении, где можно ожидать наилучшие результаты для MRS. В этом примере инструктирующая карта инструктирует технического специалиста по MRI разместить один воксель внутри границ опухоли и в местоположении, где магнитное поле имеет наибольшую степень однородности (внутри области, ограниченной «наилучшей» контурной линией, т. е., области, где вычисляют наименьшее значение(значения) FWHM). Следовательно, когда магнитное поле, используемое для того, чтобы получать спектральные данные (S220), шиммируют в процессе MRS, один воксель будут располагать точно внутри границ опухоли в местоположении, где можно ожидать наилучшие результаты шиммирования.
[00087] Стоит отметить, что легко признать, что расположение контурных линий представляет собой функцию размера вокселя визуализации. Это показано на фиг. 5A и 5B. В частности, на фиг. 5A представлен случай, когда протокол ведет к созданию карты магнитного поля с использованием относительно небольшого вокселя визуализации, и местоположение, где соответственно размещают небольшой один воксель для MRS, руководствуясь этой картой. На фиг. 5B представлен случай, где протокол ведет к созданию карты магнитного поля с использованием относительно большого вокселя визуализации, и местоположение, где соответственно размещают большой один воксель для MRS, руководствуясь этой картой.
[00088] В соответствии с другим репрезентативным вариантом осуществления, система 1 MRI также может автоматически определять оптимальный размер для вокселя визуализации и соответствующего одного вокселя, подлежащего использованию при регистрации спектральных данных (S220). Система 1 MRI может выполнять такое определение на основании нескольких факторов, таких как размер какой-либо области перекрытия между опухолью и участком на инструктирующей карте, где однородность магнитного поля является наибольшей.
[00089] Система 1 MRI также может быть фактором в зависимости SNR уровней от размера вокселя для того, чтобы определять оптимальный размер одного вокселя. Например, система 1 MRI может гарантировать, что один воксель не слишком мал для того, чтобы получать выходной сигнал, имеющий недостаточное отношение сигнала к шуму (SNR).
[00090] Кроме того, затем программное обеспечение системы 1 MRI может давать техническому специалисту по MRI возможность накладывать карту магнитного поля, полученную с использованием вокселя визуализации оптимизированного размера, на анатомическое изображение, для использования в планировании одного вокселя (S210B). В этом случае, планирование одного вокселя может не только влечь за собой определение местоположения одного вокселя внутри области, представляющей интерес, но и изменение размера вокселя с тем, чтобы отклоняться от того, что исходно указано в протоколе. Соответственно, система MRI может определять и отображать (на средстве 12.2 вывода) предложенный воксель визуализации оптимального размера и предложенное местоположение для соответствующего одного спектроскопического вокселя, которые дадут наилучшие результаты, в сочетании с шиммированием магнитного поля в пределах определяемых пользователем требований к шиммированию полной ширины на уровне полумаксимума (FWHM).
[00091] Когда один спектроскопический воксель локализуют в ROI, руководствуясь предоставленной инструктирующей картой (автоматически или технический специалист посредством наблюдения инструктирующей карты), спектральные данные из ткани, ограниченной одним вокселем получают посредством спектрометра системы MRI через такие процессы, как задание параметров передатчика, который передает магнитное поле в один воксель, шиммирование магнитного поля, подавление сигнала воды и т. д. Эти процессы могут быть стандартными per se и, таким образом, не описаны подробно.
[00092] На фиг. 6A и 6B представлен пример изображения для анатомического планирования, спектроскопия SV и спектральные данные, которые можно получать с помощью спектрометра в качестве системы MRI, все в соответствии с аспектами репрезентативных вариантов осуществления, как описано выше.
0
[00093] Несмотря на то, что описан случай, в котором технический специалист по MRI приводит в действие систему MRI на основании его или ее наблюдения инструктирующей карты, чтобы помещать один воксель в оптимальное местоположение, следует принимать во внимание, что вместо этого процесс можно полностью автоматизировать в случаях, когда имеет место разграничение (такое как сегментация опухоль). С этой целью, система 1 MRI может обрабатывать изображение для анатомического планирования, чтобы извлекать данные обработки изображения, представляющие разграниченную область изображения для анатомического планирования (в этом примере, как обеспечивает опухоль). Затем данные обработки изображения и данные магнитного поля ΔB (данные, представляющие инструктирующую FWHM карту в этом примере), обрабатывают для того, чтобы определять размер и местоположение участка перекрытия между опухолью и участком, где однородность магнитного поля является наибольшей. Затем система MRI помещает один воксель в участок перекрытия и получает спектральные данные из области, ограниченной одним вокселем. Это описано более подробно далее.
[00094] Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, такой как тот, что предусмотрен пакетом программного обеспечения, можно предоставлять для автоматизированного планирования одного спектроскопического вокселя. Предпочтительно, пакет включает рабочие инструкции, которые часто называют в настоящем документе как «сегмент кода», для управления MRS системой визуализации для полностью автоматизированного исполнения процесса одновоксельной спектроскопии. С этой целью, пакет можно расширять необязательными рабочими инструкциями, которые должен выбирать технический специалист, а также точками взаимодействия, где технический специалист может модифицировать, принимать или отклонять результаты автоматизированного расположения одного спектроскопического вокселя.
[00095] Более конкретно, предпочтительно пакет при запуске будет задавать хорошо структурированный список сканирований и стадий обработки, которые составляют исследование из нескольких последовательностей, и приказывать системе визуализации отображать пиктограммы, отражающие состояние сканирования, необходимые действия и предстоящую регистрацию. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных также может содержать, в качестве неотъемлемой или отдельной части пакета программного обеспечения, полный список протоколов сканирования, готовых для использования, которые, подобно компоненту автоматического планирования сканирования, исполняются полностью автономно по нажатию на кнопку, так что различные типы обработки в соответствии с предпочтениями конечного пользователя осуществляют без надзора. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных может содержать один или несколько функциональных блоков или блоков процессора системы визуализации, например, блоки памяти и управления. То есть, энергонезависимый машиночитаемый носитель данных может содержать программное обеспечение, загруженное в систему визуализации, процессор системы визуализации, выполненный с программным обеспечением или встроенным программным обеспечением, или их сочетания, которые позволяют системе визуализации осуществлять исследование из нескольких последовательностей, которое включает две или больше предварительных сканирования, после чего следует сканирование одного спектроскопического вокселя. Предварительные сканирования можно запускать полностью автоматически без потребности в каком-либо пользовательском интерфейсе.
[00096] Первое предварительное сканирование, например, получает изображение для анатомического планирования, которое затем обрабатывают с помощью инструмента автоматизированной сегментации, или непосредственно в сканере или на отдельном диске/консоли, специализированных с этой целью. Это предварительное сканирование также можно получать отдельно и затем использовать автоматически посредством энергонезависимого машиночитаемого носителя данных. Инструмент сегментации автоматически сегментирует опухоль в ее границах. Эта сегментация может представлять собой двухмерную (в плоскости) или трехмерную сегментацию. В случае, когда это очерчивание является полностью автоматическим, техническому специалисту также предоставляют возможность конфигурировать процессор так, чтобы он/она могли инспектировать и модифицировать конечные результаты сегментации. Затем эти результаты отправляют на консоль системы визуализации.
0
[00097] Второе предварительное сканирование получает данные о B и/или восприимчивости, которые затем используют для того, чтобы автоматически генерировать FWHM значения для инструктирующей FWHM карты. После начальных двух предварительных сканирований, техническому специалисту можно предоставлять инструктирующую карту в форме изображения для анатомического планирования с наложением границ сегментации и инструктирующей FWHM карты. Пакет можно выполнять с такой возможностью, что отображение как границ сегментации, так и инструктирующей карты, является необязательным. В своем полностью автоматизированном режиме система визуализации не отображает техническому специалисту ничего из этого.
[00098] Затем технический специалист может использовать три сканирования (т. е., этим примером энергонезависимого машиночитаемого носителя данных задействовано «3-точнечное сканирование планирования»), чтобы располагать начальный выбор для центра одного спектроскопического вокселя. Затем энергонезависимый машиночитаемый носитель данных может автоматически оптимизировать положение вокселя, ориентацию и размер вокселя и предоставлять техническому специалисту возможности для того, чтобы принять, модифицировать или отменить предложенное планирование вокселя. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных также может содержать память, в которой хранят пользовательскую базу данных о выборе технического специалиста и которую можно выполнять с возможностью модифицировать алгоритмы, которые составляют инструкции, по которым осуществляют 3-точечное сканирование планирования. То есть, энергонезависимый машиночитаемый носитель данных можно выполнять с возможностью учитывать какие-либо модификации, которые технический специалист выполняет при исполнении каких-либо будущих планирований вокселей, т. е., энергонезависимый машиночитаемый носитель данных может быть «обучающейся самостоятельно».
[00099] В соответствии с репрезентативными вариантам осуществления, как описано выше, получают инструктирующую карту участков изображения для анатомического планирования с различными степенями однородности магнитного поля. Инструктирующую карту получают на основании карты магнитного поля, отражающей однородность/неоднородность магнитного поля на протяжении области, представляющей интерес, коррелирующую с одним спектроскопическим вокселем конкретного размера. Инструктирующую карту используют для того, чтобы помещать один спектроскопический воксель этого размера в местоположении внутри области, представляющей интерес.
[000100] Также описаны варианты осуществления, в которых данные наложения участков изображения для анатомического планирования с различными степенями однородности магнитного поля получают и используют при автоматическом определении размера или определении размера и положения одного спектроскопического вокселя внутри области, представляющей интерес.
[000101] В случае опухоли, например, инструктирующая карта/данные наложения учитывают неоднородность в самой опухоли и в среде, окружающей опухоль, так что размещение одного вокселя не осуществляют просто на разграничение опухоли, как наблюдают на изображении для анатомического планирования, что может быть верно на данный момент. Таким образом, инструктирующую карту/данные наложения можно использовать для того, чтобы помещать один спектроскопический воксель в оптимальное местоположение для спектроскопии.
[000102] Наконец, варианты осуществления заявленного решения и их примеры описаны выше подробно. Однако заявленное решение можно осуществлять во многих различных формах, и его не следует толковать в качестве ограниченной вариантами осуществления, описанными выше. Скорее эти варианты осуществления описаны с тем, чтобы это описание было исчерпывающим и полным и полностью передавало заявленное решение специалистам в данной области. Таким образом, истинные сущность и объем заявленного решения ограничены не вариантом осуществления и примерами, описанными выше, а следующей формулой изобретения.