BR112018071752B1 - Sistema de imageamento por ressonância magnética e método para operação de um sistema de imageamento por ressonância magnética - Google Patents

Abstract

A invenção apresenta um sistema de imageamento por ressonância magnética (100) para capturar dados de ressonância magnética (142) de um indivíduo (118) dentro de uma zona de imageamento (108). O sistema de imageamento por ressonância magnética compreende uma memória (134, 136) para armazenar instruções executáveis por máquina (160) e comandos de sequência de pulso (140, 400, 502, 600, 700), sendo que os comandos de sequência de pulso são configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética capture os dados de ressonância magnética de acordo com uma técnica de impressão digital por ressonância magnética. Os comandos de sequência de pulso são adicionalmente configurados para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética para executar a codificação espacial usando um protocolo de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero. A execução das instruções executáveis por máquina faz com que o processador que controla o sistema de IRM: capture (200) os dados de ressonância magnética através do controle do sistema de imageamento por ressonância magnética com os comandos de sequência de pulso; e calcule (202) uma distribuição espacial (146) de cada substância dentre um conjunto de substâncias predeterminadas através da comparação dos dados de ressonância magnética com um dicionário de impressão digital por ressonância magnética (144).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a imageamento por ressonância magnética, em particular à detecção de impressão digital por ressonância magnética.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A detecção de impressão digital por ressonância magnética (RM) é uma técnica na qual são aplicados vários pulsos de RF (radiofrequência) frequentemente associados com um chaveamento adequado de gradiente, distribuídos ao longo do tempo, de modo que eles façam com que os sinais provenientes de diferentes materiais ou tecidos tenham uma contribuição exclusiva ao sinal de RM medido. Um dicionário de contribuições de sinais pré-calculadas provenientes de um conjunto amplo ou de número fixado de substâncias é comparado aos sinais de RM medidos dentro de cada voxel único. Além disso, também a composição dentro de cada voxel pode ser adicionalmente determinada. Por exemplo, se for conhecido que um voxel contém apenas água, gordura e tecido muscular, apenas a contribuição desses três materiais precisa ser considerada, e apenas alguns pulsos de RF são necessários para determinar com precisão a composição do voxel. Se for usado um dicionário maior, com maior resolução, a impressão digital por RM pode ser usada para determinar os diferentes parâmetros de tecido de um voxel (como T1, T2, ...) simultaneamente e quantitativamente.

[003] A técnica de impressão digital por ressonância magnética foi introduzida no artigo Ma et al., “Magnetic Resonance Fingerprinting”, Nature, Volume 495, páginas 187 a 193, doi:10.1038/nature11971. A técnica de impressão digital magnética é descrita também nos pedidos de patente norte- americanos US 2013/0271132 A1 e US 2013/0265047 A1.

[004] O pedido de patente norte-americano US 2015/0070012 revela um método para otimização de sons produzidos durante a detecção de impressão digital por ressonância magnética nuclear (RMN). Um exemplo de aparelho de RMN inclui uma lógica de RMN para obter amostras repetidamente e variavelmente de um espaço (k, t, E) associado a um paciente para capturar um conjunto de sinais de RMN. Os elementos do conjunto de sinais de RMN estão associados a diferentes pontos no espaço (k, t, E). A amostragem é realizada com t e/ou E variando de uma forma não constante. Os parâmetros variáveis podem incluir ângulo de inclinação, tempo de eco, amplitude de RF, entre outros. Os parâmetros são variados em diferentes blocos de captura para facilitar a correlação de sons produzidos em resposta aos blocos de captura, a um conjunto de sons desejado. O conjunto de sons desejado pode ser uma peça musical. O resumo do documento ISMRN-2015 (p.3387) 'Multiple preparation magnetic resonance fingerprinting (MP-MRF): an extended MRF method for multi-parametric quantification' se refere a detecção de impressão digital por RM (IDRM) em combinação com múltiplas preparações de magnetização. Este resumo de ISMRM descreve a simulação de IDRM de difusão ponderada e perfusão ponderada, bem como de ponderação de T1, ponderação de T2 e ponderação de velocidade de fluxo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] A invenção fornece um sistema de imageamento por ressonância magnética, um produto de programa de computador e um método nas reivindicações independentes. São apresentadas modalidades nas reivindicações dependentes.

[006] Os exemplos podem usar uma técnica modificada de detecção de impressão digital por ressonância magnética que combina pulsos de preparação de magnetização longitudinal com codificação espacial de tempo de eco zero (TEZ). Os pulsos de preparação de magnetização longitudinal são usados para a codificação da impressão digital por ressonância magnética e o TEZ fornece codificação espacial tridimensional. A combinação dos dois pode trazer vários benefícios. Primeiramente, a variedade de tipos de tecido que podem ser classificados pode ser aumentada para incluir tecidos com os quais tempos de relaxamento T2 muito curtos, como osso ou outro tecido conjuntivo, podem ser considerados. Em segundo lugar, pode ser construída uma sequência de pulsos que elimina ou reduz significativamente o ruído acústico.

[007] O artigo da revista Nature, de Ma et al., apresenta a ideia básica de impressão digital por ressonância magnética e terminologia que é usada para descrever essa técnica, como o dicionário, que é chamado neste documento de “dicionário de impressão digital por ressonância magnética pré-calculada”, “dicionário de impressão digital por ressonância magnética” e “dicionário”.

[008] Os dados de ressonância magnética (RM) são definidos na presente invenção como medições gravadas de sinais de radiofrequência emitidos por giros atômicos com o uso da antena de um aparelho de ressonância magnética durante uma varredura de imageamento por ressonância magnética. Os dados de ressonância magnética são um exemplo de dados de imagem médica. Uma imagem de imageamento por ressonância magnética (IRM) é definida no presente documento como a visualização bi ou tridimensional reconstruída de dados anatômicos contidos nos dados de imageamento por ressonância magnética. A visualização pode ser feita com o uso de um computador.

[009] Em outro aspecto, a invenção fornece um sistema de imageamento por ressonância magnética para capturar dados de ressonância magnética de um indivíduo dentro de uma zona de imageamento. O sistema de imageamento por ressonância magnética compreende uma memória para armazenar instruções executáveis por máquina. A memória armazena ainda comandos de sequência de pulso. Os comandos de sequência de pulso são comandos que podem ser usados para controlar a captura de um sistema de imageamento por ressonância magnética ou os comandos de sequência de pulso são dados que podem ser prontamente convertidos em tais comandos para controlar diretamente o sistema de imageamento por ressonância magnética. Os comandos de sequência de pulso, quando executados pelos componentes do sistema de imageamento por ressonância magnética, fazem com que o sistema de imageamento por ressonância magnética capture os dados de ressonância magnética de acordo com uma técnica de impressão digital por ressonância magnética. Em outras palavras, os dados de ressonância magnética que são capturados podem ser analisados de acordo com uma técnica de impressão digital por ressonância magnética para determinar a distribuição espacial de um conjunto de substâncias predeterminadas. Os comandos de sequência de pulso são configurados para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética para executar a codificação espacial com o uso de um protocolo de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero.

[010] O sistema de imageamento por ressonância magnética compreende adicionalmente um processador para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética. A execução das instruções executáveis por máquina faz adicionalmente com que o processador capture os dados de ressonância magnética através do controle do sistema de imageamento por ressonância magnética com os comandos de sequência de pulso. A execução das instruções executáveis por máquina faz adicionalmente com que o processador calcule uma distribuição espacial de cada uma dentre as substâncias do conjunto de substâncias predeterminadas mediante a comparação dos dados de ressonância magnética dentro de um dicionário de impressão digital por ressonância magnética. O dicionário de impressão digital por ressonância magnética contém uma lista de sinais de ressonância magnética calculados em resposta à execução dos comandos de sequência de pulso para o conjunto de substâncias predeterminadas.

[011] Essa modalidade pode ter a vantagem de que é produzido significativamente menos ruído quando os dados de ressonância magnética são capturados. Em sequências de pulso de tempo de eco zero, o gradiente de imageamento é, de fato, ligado o tempo todo. Ele está presente durante o pulso de RF e a amostragem de sinal. A intensidade do gradiente magnético é constante, apenas a orientação do gradiente muda ligeiramente de TR para TR (tempo de repleção). Isso contrasta com muitas outras técnicas de imageamento por ressonância magnética, onde os campos de gradiente magnético são pulsados. Essa pulsação dos campos de gradiente magnético dentro do campo Bo principal homogêneo causa ruído substancial porque o magneto e as bobinas de gradiente magnético formam um tipo de um alto-falante ruim. Além de reduzir o ruído acústico, o uso do protocolo de imageamento por ressonância magnética com tempo de eco zero possibilita o imageamento de tecidos que têm tempo T2 curtos. Por exemplo, tecido ósseo, cartilagem e outros tecidos conjuntivos não são tipicamente capazes de serem imageados com o uso de técnicas padronizadas de imageamento clínico. Ao incorporar a impressão digital por ressonância magnética na codificação espacial de tempo de eco zero, pode ser possível mapear uma distribuição espacial de substâncias predeterminadas em tecidos, o que não era possível anteriormente com outras técnicas de impressão digital por ressonância magnética.

[012] Em uma outra modalidade, os comandos de sequência de pulso compreendem múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal. Uma magnetização longitudinal pode também ser chamada de magnetização Mz. Cada um dos grupos de preparações de magnetização longitudinal é seguido por um bloco de leitura de tempo de eco zero. Cada bloco de leitura de tempo de eco zero captura uma porção dos dados de ressonância magnética. Cada um dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal pode ser uma única preparação de magnetização longitudinal, ou várias preparações de magnetização longitudinal podem ser feitas. Ao fornecer essas diferentes preparações de magnetização longitudinal, é fornecido um meio para fornecer a codificação de impressão digital por ressonância magnética. Por exemplo, a impressão digital por ressonância magnética pode ser codificada pela formação de diferentes grupos ou variantes de diferentes preparações de magnetização longitudinal. Essa modalidade pode ser benéfica, pois pode proporcionar um meio eficaz de mapear a distribuição espacial de substâncias dentro de um indivíduo.

[013] Em uma outra modalidade, cada um dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal é seguido por um bloco de leitura de tempo de eco zero. O bloco de leitura de tempo de eco zero faz, então, com que o sistema MS capture uma porção dos dados de ressonância magnética. Essa porção de dados de ressonância magnética pode ser reconstruída em uma imagem. Então, isso pode ser feito para cada bloco de leitura de tempo de eco zero. O resultado é uma série de imagens. O valor de um voxel específico ao longo de toda essa série de imagens pode, então, ser armazenado como um vetor. Esse vetor pode ser considerado como a impressão digital de ressonância magnética no espaço de imagem.

[014] O vetor pode, então, ser comparado ao dicionário de impressão digital por ressonância magnética para determinar as quantidades de cada substância dentro do conjunto de substâncias predeterminadas dentro desse voxel. Quando isso é repetido para cada um dos voxels, as quantidades de cada substância dentro do conjunto de substâncias predeterminadas dentro de todos os voxels podem ser usadas para construir a distribuição espacial de cada substância dentro do conjunto de substâncias predeterminadas. Essa modalidade pode ter o benefício de produzir uma distribuição espacial exata de cada substância dentro do conjunto de substâncias predeterminadas mesmo quando o espaço k é uma subamostragem. Se for feita subamostragem dos blocos de leitura de tempo de eco zero, então, pode haver artefatos de imagem nas imagens resultantes.

[015] Entretanto, o processo de correlação do vetor com o dicionário de detecção de impressão digital por ressonância magnética pode ser usado para rejeitar os artefatos de imagem. No vetor, alguns elementos conterão um valor que tem uma contribuição feita por um artefato de imagem. Isso é equivalente a ruído e pode ser rejeitado por um processo de ajuste. Pode-se fazer com que esse esquema funcione ainda melhor se houver variações no bloco de leitura de tempo de eco zero, por meio de, por exemplo, uma leve variação da trajetória de amostragem no espaço k. Isso destrói a coerência entre os artefatos de imagem e possibilita que os artefatos de imagem sejam melhor rejeitados como ruído.

[016] Em uma outra modalidade, cada um dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal compreende um ou mais dentre os seguintes: preparação de recuperação de inversão, preparação de T2 com base em uma preparação de equilíbrio direcionada, uma preparação de T2 não balanceada, uma preparação de T2 usando sensibilização e ponderação de difusão, MSDE, uma preparação de T2 usando sensibilização e ponderação de fluxo, preparação de inversão por giro, recuperação de saturação parcial, preparação de contraste de transferência de magnetização, pré-saturação seletiva de deslocamento químico, preparações eco-estimuladas, uma preparação sem preparação e combinações das mesmas.

[017] Uma preparação “NO” é uma etapa em que não é feita uma preparação de magnetização longitudinal e em seu lugar é feita uma pausa de duração ajustável. O uso de qualquer uma das preparações de magnetização longitudinal mencionadas acima pode ser benéfico porque elas são compatíveis com uma codificação espacial de tempo de eco zero. Deve-se notar que várias dessas preparações podem ser realizadas antes de uma codificação espacial de tempo de eco zero. Também, dentro de cada um desses, vários parâmetros podem variar. A codificação de impressão digital por RM pode ser executada por meio da variação de uma escolha de qual preparação é usada ou por meio da modificação dos parâmetros dentro de uma preparação de magnetização específica.

[018] Em uma outra modalidade, a codificação da impressão digital por ressonância magnética é executada por meio da variação de preparações de magnetização longitudinal individuais dentro dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal. Essa modalidade pode ser benéfica porque as mesmas preparações de magnetização podem ser repetidas, mas os parâmetros dentro da preparação de magnetização longitudinal individual podem ser modificados. A sequência na qual as preparações de magnetização são realizadas também pode ser alterada ou mudada. Em outros exemplos, os parâmetros individuais são modificados. Por exemplo, uma preparação T2 tem um tempo de eco (TE-prep). Como parte da codificação da impressão digital por ressonância magnética, esse tempo de eco pode variar.

[019] Em uma outra modalidade, a porção dos dados de ressonância magnética é uma subamostra de uma amostra completa no espaço k. Normalmente, em IRM convencional, para executar uma sequência de imageamento, o teorema de Nyquist deve ser satisfeito. Se menos dados forem capturados, então, há uma subamostragem de dados. A técnica de detecção de impressão digital por ressonância magnética é relativamente robusta em relação ao ruído de rejeição de dados. Isso possibilita que sejam tomadas subamostras da amostra de dados de ressonância magnética para habilitar a aceleração da técnica.

[020] Em uma outra modalidade, cada bloco de tempo de eco zero lê um padrão de subamostragem diferente de um bloco de leitura de tempo de eco zero adjacente. A variação do padrão de subamostra pode ser benéfica porque isso deteriora a coerência do ruído entre diferentes grupos de dados de ressonância magnética. Por exemplo, se foi feita subamostragem dos dados de ressonância magnética e feita amostragem das mesmas posições no espaço k de cada vez, então, haveria coerência entre o ruído dos dados de ressonância magnética capturados para cada codificação espacial. Isso introduziria artefatos sistemáticos, e os erros nas imagens reconstruídas formariam as imagens das subamostras. Esses artefatos podem comprometer o processo de correlação entre os sinais da amostra para cada voxel e as distribuições de sinal calculadas usando- se o dicionário de impressão digital por ressonância magnética. Entretanto, se a região de espaço k de onde são obtidas amostras for alterada entre as capturas separadas de uma porção dos dados de ressonância magnética, então, a coerência de ruído nos dados de imageamento de impressão digital resultantes é deteriorada. Quando o dicionário de impressão digital por ressonância magnética for usado para determinar o material correspondente, espécie ou T1/T2/etc. - fazer tupla dessas diferentes contribuições de ruído a partir das subamostras de bits reconstruídas de modo diferente dos dados de ressonância magnética pode, então, ter o efeito de cancelar/calcular a média. Isso pode possibilitar muito a aceleração da impressão digital por ressonância magnética. Diferentes padrões de subamostragem podem ser usados. Por exemplo, pode ser benéfico executar o TEZ capturando os dados de ressonância magnética como raios e depois espirais em uma esfera no espaço k. Entre diferentes TRs, codificações espaciais do espaço k, que é lido, podem ser ligeiramente giradas.

[021] Em uma outra modalidade, os múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal são divididos em um ou mais subconjuntos. Em cada um do um ou mais subconjuntos, pode-se ter um único ângulo de inclinação. Por exemplo, diferentes conjuntos de dados de ressonância magnética podem ser capturados para diferentes ângulos de inclinação. Com a codificação espacial de tempo de eco zero, o ângulo de inclinação pode ser limitado a cerca de 5° em alguns casos porque a excitação do sinal ocorre na presença do gradiente de leitura. É possível capturar diferentes grupos de dados de ressonância magnética, por exemplo, para 5, 4, 3, 2, 1 e/ou outros graus entre os mesmos. Essa pequena variação poderia ser usada adicionalmente para codificar informações de impressão digital por ressonância magnética. Um dicionário de impressão digital por ressonância magnética separado pode ser construído para cada ângulo de inclinação que é usado. Em uma variante, a captura para cada ângulo de inclinação pode ser realizada como um bloco. Em outros exemplos, os dados podem ser capturados de maneira intercalada.

[022] Em uma outra modalidade, a execução das instruções executáveis por máquina faz, adicionalmente, com que o processador calcule a distribuição espacial de cada substância do conjunto de substâncias predeterminadas para cada um dos um ou mais subconjuntos. Isso pode proporcionar distribuições espaciais separadas para cada substância do conjunto de substâncias predeterminadas. Algumas substâncias podem ser melhor visualizadas com o uso de diferentes ângulos de inclinação. Além disso, o fornecimento de análise de dados separada pode proporcionar uma forma de corrigir erros ou falhas causados pela subamostragem do espaço k.

[023] Em uma outra modalidade, o um ou mais subconjuntos são intercalados. Isso pode também incluir a alteração do padrão de subamostragem à medida que os diferentes grupos são capturados. Isso pode também destruir a coerência de ruído entre os diferentes subconjuntos. Ter subconjuntos separados pode, então, proporcionar um meio de rejeitar a coerência do ruído.

[024] Em uma outra modalidade, ao menos uma das preparações de magnetização longitudinal compreende transições de gradiente magnético silenciosas. Em algumas das preparações de magnetização longitudinal, pode haver uma alteração em um valor ou força de um campo de gradiente magnético. Isso pode ser feito alterando-se a corrente fornecida a uma bobina de gradiente no sistema de imageamento por ressonância magnética. Uma transição de gradiente magnético silenciosa, como usada aqui, é uma alteração em um valor na corrente aplicada a uma bobina de gradiente magnético que é feita de modo suficientemente suave para que um ruído acústico alto não seja gerado. Por exemplo, o ruído acústico pode estar abaixo de um limiar específico. Em outros exemplos, isso pode ser definido pela eliminação da taxa de oscilação ou da taxa de alteração na corrente aplicada a uma bobina de gradiente magnético. À medida que as preparações de magnetização são usadas para codificar a impressão digital por ressonância magnética e não no uso tradicional de preparações de magnetização, elas podem ser construídas de modo um tanto diferente das tipicamente usadas. Por exemplo, em uma magnetização onde a corrente muda repentinamente, ela pode ainda funcionar quando a taxa de alteração e a amplitude na corrente fornecida à bobina de gradiente são limitadas. A taxa de alteração e a amplitude da corrente de gradiente são adequadamente adotadas de acordo com as necessidades específicas da preparação de magnetização longitudinal específica. Algumas das preparações de magnetização longitudinal previstas são espacialmente não seletivas porque a abordagem de imageamento de tempo de eco zero é 3D.

[025] Em uma outra modalidade, o conjunto de substâncias predeterminadas compreende qualquer um dentre os seguintes: tecido ósseo, tecido conjuntivo, cartilagem, osso esponjoso, osso cortical e tendões. O imageamento de qualquer um desses pode ser benéfico porque eles têm o que é considerado como sendo um tempo de relaxamento curto T2. O imageamento durante a técnica de impressão digital por ressonância magnética pode possibilitar que esses tipos de tecido sejam identificados de maneira quantitativa juntamente com outros tecidos.

[026] Em uma outra modalidade, a execução das instruções executáveis por máquina faz, ainda, com que o processador calcule uma imagem de tomografia computadorizada sintética usando ao menos a distribuição espacial do tecido ósseo. Como o tecido ósseo pode ser medido diretamente, como osso cortical ou tecido ósseo esponjoso, isso possibilita uma determinação precisa da localização do tecido ósseo. Nessa modalidade, a localização do tecido ósseo é determinada quantitativamente em oposição à execução de uma segmentação de imagem. Isso pode possibilitar a construção mais precisa das chamadas imagens de tomografia computadorizada sintéticas. A imagem de tomografia computadorizada sintética pode ser usada, por exemplo, como uma ferramenta de diagnóstico por um médico que esteja mais acostumado a analisar imagens de tomografia computadorizada do que imagens de ressonância magnética ou mapas de distribuição espacial de substâncias. A imagem de tomografia computadorizada sintética pode também ser útil no planejamento da radioterapia. Existem muitas ferramentas de software em que as imagens de tomografia computadorizada são usadas para o planejamento da radioterapia. O uso da imagem de tomografia computadorizada sintética pode proporcionar um meio mais seguro e mais preciso de se fazer o planejamento da radioterapia.

[027] Em uma outra modalidade, a execução das instruções executáveis por máquina faz, ainda, com que o processador calcule uma imagem de ressonância magnética tridimensional sintética usando a distribuição espacial de cada substância do conjunto de substâncias predeterminadas. Como uma distribuição espacial de cada um dentre o conjunto de substância predeterminada é conhecida, é possível usa-la para calcular uma imagem de ressonância magnética sintética. Isso pode ser particularmente útil para médicos que estejam acostumados a ler imagens de ressonância magnética e podem ficar confusos com um mapeamento da distribuição diretamente espacial.

[028] Em uma outra modalidade, a execução das instruções executáveis por máquina faz, ainda, com que o processador calcule o dicionário de impressão digital por ressonância magnética por meio da modelagem da resposta de cada uma das substâncias predeterminadas aos comandos de sequência de pulso. Isso pode proporcionar um meio eficiente de variar a impressão digital por ressonância magnética. Tal dicionário poderia ser calculado para diferentes variantes também. Por exemplo, se houver diferentes subgrupos usando diferentes ângulos de inclinação, pode haver um dicionário de impressão digital por ressonância magnética diferente calculado para cada um dos ângulos de inclinação.

[029] O cálculo real do dicionário de impressão digital por ressonância magnética pode ser executado por qualquer número de uma variedade de técnicas de modelamento do sinal de RMN. Por exemplo, ele pode ser modelado pela adição de um grande número de giros únicos calculado usando as assim chamadas equações de Bloch. O dicionário é criado mediante o cálculo do sinal de RMN esperado proveniente de um voxel para um conjunto específico de parâmetros de substância e a sequência de RM específica que é especificada pelos comandos de sequência de pulso.

[030] Em uma outra modalidade, o dicionário de impressão digital por ressonância magnética é calculado mediante a modelagem de cada uma das substâncias predeterminadas usando uma formulação de gráfico de fase estendida. A formulação de gráfico de fase estendida é descrita, por exemplo, em Weigel, M. (2015), Extended phase graphs: Dephasing, RF pulses, and echoes - pure and simple. J. Magn. Reson. Imaging, 41: 266-295. doi: 10.1002/jmri.24619, e é descrita, também, em Scheffler, K. (1999), A pictorial description of steady-states in rapid magnetic resonance imaging. Concepts Magn. Reson., 11: 291-304. doi: 10.1002/(SICI)1099-0534(1999)11:5<291::AID- CMR2>3.0.CO;2-J.

[031] Em uma outra modalidade, a sequência de pulso é modificada para aumentar a amostragem do espaço k central. Quando uma sequência de pulso de TEZ é realizada, o gradiente está sempre ligado. Isso significa que, assim que um pulso de RF for aplicado, a amostragem da região central do espaço k começa. Muitas vezes, isso não é uma dificuldade. Em sistemas de imageamento por ressonância magnética de pesquisa, pode haver unidades de alternância de RF que possibilitam a rápida alternância entre a transmissão de RF e a recepção de dados. Nesse caso, amostras de apenas uma pequena porção do espaço k não são obtidas. Isso pode ser facilmente feito na reconstrução de imagens adequada e não afetaria o resultado final.

[032] Em alguns sistemas de imageamento por ressonância magnética clínica, os circuitos eletrônicos podem não ser capazes de alternar tão rapidamente. Várias modificações na sequência de pulso podem ser feitas para aumentar a amostragem do espaço k central e aumentar a qualidade da distribuição espacial calculada. Por exemplo, durante um dos blocos de leitura de tempo de eco zero, a força do gradiente do campo magnético pode ser reduzida para reduzir a trajetória através do espaço k. Por exemplo, a força do gradiente do campo magnético poderia ser reduzida por um fator de aproximadamente 5 a 10. Em um outro exemplo, o gradiente do campo magnético poderia ser desligado em um ou mais blocos de leitura de tempo de eco zero para possibilitar a amostragem do centro do espaço k (k=0). Em uma outra modalidade, um esquema de leitura híbrido poderia ser usado para ler uma ou mais porções dos dados de ressonância magnética. Por exemplo, uma medição codificada de fase poderia ser usada para ler o valor do espaço k central em um ou mais blocos.

[033] Em um outro aspecto, a invenção fornece um produto de programa de computador que compreende instruções executáveis por máquina para a execução por um processador que controla o sistema de imageamento por ressonância magnética para capturar dados de ressonância magnética de um indivíduo dentro de uma zona de imageamento. A execução das instruções executáveis por máquina faz com que o processador capture os dados de ressonância magnética através do controle do sistema de imageamento por ressonância magnética com os comandos de sequência de pulso. Os comandos de sequência de pulso são configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética capture os dados de ressonância magnética de acordo com uma técnica de detecção de impressão digital por ressonância magnética. Os comandos de sequência de pulso são adicionalmente configurados para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética para executar a codificação espacial usando um protocolo de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero.

[034] A execução das instruções executáveis por máquina faz, adicionalmente, com que o processador calcule uma distribuição espacial de cada substância do conjunto de substâncias predeterminadas mediante a comparação dos dados de ressonância magnética com um dicionário de impressão digital por ressonância magnética. O dicionário de impressão digital por ressonância magnética contém uma lista de sinais de ressonância magnética calculados em resposta à execução dos comandos de sequência de pulso para o conjunto de substâncias predeterminadas.

[035] Em um outro aspecto, a invenção fornece um método para operar o sistema de imageamento por ressonância magnética. O sistema de imageamento por ressonância magnética é configurado para capturar dados de ressonância magnética de um indivíduo dentro de uma zona de imageamento. O método compreende a captura de dados de ressonância magnética por meio de controle do sistema de imageamento por ressonância magnética com os comandos de sequência de pulso. Os comandos de sequência de pulso são configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética capture os dados de ressonância magnética, de acordo com uma técnica de impressão digital por ressonância magnética. Os comandos de sequência de pulso são adicionalmente configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética execute a codificação espacial usando um protocolo de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero. As imagens 3D correspondentes são reconstruídas a partir de cada uma das subamostras dos dados de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero medidas após cada preparação de magnetização longitudinal. Esses dados formam um conjunto de dados 4D que representa as impressões digitais para cada um dos voxels reconstruídos. O método compreende adicionalmente a correlação das impressões digitais medidas, por exemplo, com um conjunto de substâncias predeterminadas através da comparação dos dados de ressonância magnética com um dicionário de impressão digital por ressonância magnética. O dicionário de impressão digital por ressonância magnética contém uma lista de sinais de ressonância magnética calculados em resposta à execução dos comandos de sequência de pulso para o conjunto de substâncias predeterminadas.

[036] Conforme será entendido por um versado na técnica, os aspectos da presente invenção podem ser incorporados como um aparelho, método ou produto de programa de computador. Consequentemente, aspectos da presente invenção podem tomar a forma de uma modalidade de hardware completa, uma modalidade de software completa (incluindo firmware, software residente, microcódigo etc.) ou uma modalidade que combine aspectos de software e hardware, os quais podem todos, em geral, ser chamados no presente documento de um “circuito”, “módulo” ou “sistema”. Além disso, alguns aspectos da presente invenção podem assumir a forma de um produto de programa de computador incorporado a uma ou mais mídias legíveis por computador com código executável por computador incorporado nas mesmas.

[037] Pode ser usada qualquer combinação de uma ou mais mídias legíveis por computador. A mídia legível por computador pode ser uma mídia de sinal legível por computador ou uma mídia de armazenamento legível por computador. Uma “mídia de armazenamento legível por computador”, como usada aqui, abrange qualquer mídia de armazenamento tangível que pode armazenar instruções que são executáveis por um processador de um dispositivo de computação. A mídia de armazenamento legível por computador pode ser chamada de mídia de armazenamento não transitória legível por computador. A mídia de armazenamento legível por computador pode ser chamada também de mídia tangível legível por computador. Em algumas modalidades, uma mídia de armazenamento legível por computador pode também ser capaz de armazenar dados que são capazes de serem acessados pelo processador do dispositivo de computação. Exemplos de mídias de armazenamento legíveis por computador incluem, mas não se limitam a: um disco flexível, uma unidade de disco rígido magnético, um disco rígido de estado sólido, uma memória flash, um pen drive USB, uma memória de acesso aleatório (RAM - Random Access Memory), uma memória de somente leitura (ROM - Read Only Memory), um disco óptico, um disco magneto-óptico, e o arquivo de registro do processador. Exemplos de discos ópticos incluem Discos Compactos (CD - Compact Disks) e Discos Versáteis Digitais (DVD - Digital Versatile Disks), por exemplo, discos CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW ou DVD-R. O termo “mídia de armazenamento legível por computador” refere-se também a vários tipos de mídia de gravação capazes de serem acessadas pelo dispositivo de computação por meio de uma rede ou de um link de comunicação. Por exemplo, os dados podem ser recuperados através de um modem, através da internet, ou através de uma rede local. O código executável por computador, incorporado a uma mídia legível por computador, pode ser transmitido com o uso de qualquer meio adequado, incluindo, mas não se limitando a, uma rede sem fio, rede com fio, cabo de fibra óptica, RF etc., ou qualquer combinação adequada dos meios anteriormente mencionados.

[038] Uma mídia de sinal legível por computador pode incluir um sinal de dados propagados com código executável por computador incorporado no mesmo, por exemplo, em banda de base ou como parte de uma onda carreadora. Tal sinal propagado pode assumir qualquer uma dentre uma variedade de formas, incluindo, mas não se limitando a, uma forma eletromagnética, óptica ou qualquer combinação adequada das mesmas. Uma mídia de sinal legível por computador pode ser qualquer mídia legível por computador que não seja uma mídia de armazenamento legível por computador, e que possa comunicar, propagar ou transportar um programa para uso por ou em conexão com um dispositivo, aparelho ou sistema de execução de instruções.

[039] Uma “memória de computador” ou “memória” é um exemplo de uma mídia de armazenamento legível por computador. A memória de computador é qualquer memória que é diretamente acessível por um processador. Um “armazenamento de computador” ou “armazenamento” é um exemplo adicional de uma mídia de armazenamento legível por computador. O armazenamento de computador é qualquer mídia de armazenamento legível por computador não volátil. Em algumas modalidades, o armazenamento de computador pode também ser memória de computador, ou vice-versa.

[040] Um “processador”, conforme usado no presente documento, abrange um componente eletrônico que é capaz de executar um programa ou instrução executável por máquina, ou código executável por computador. As referências feitas ao dispositivo de computação que compreende “um processador” devem ser interpretadas por conter, possivelmente, mais de um processador ou núcleo de processamento. O processador pode, por exemplo, ser um processador de múltiplos núcleos. Um processador pode também se referir a uma coleção de processadores dentro de um único sistema de computador, ou distribuídos dentre os múltiplos sistemas de computador. O termo dispositivo de computação deve também ser interpretado para se referir possivelmente a uma coleção ou rede de dispositivos de computação, sendo que cada um compreende um processador ou processadores. O código executável por computador pode ser executado por múltiplos processadores que podem estar dentro do mesmo dispositivo de computação, ou que podem ainda ser distribuídos através de múltiplos dispositivos de computação.

[041] O código executável por computador pode compreender instruções executáveis por máquina ou um programa que conduz um processador a executar um aspecto da presente invenção. O código executável por computador que executa operações relacionadas aspectos da presente invenção pode ser escrito em qualquer combinação de uma ou mais linguagens de programação, incluindo uma linguagem de programação orientada para objetos, como Java, Smalltalk, C++ ou similares, e linguagens de programação procedural convencionais, como a linguagem de programação “C” ou linguagens de programação similares e compiladas em instruções executáveis por máquina. Em alguns casos, o código executável por computador pode estar sob a forma de uma linguagem de alto nível, ou sob uma forma pré-compilada e ser usada em conjunto com um interpretador que gera as instruções executáveis por máquina instantaneamente.

[042] O código executável por computador pode ser executado integralmente no computador do usuário, parcialmente no computador do usuário, como um pacote de software autônomo, parcialmente no computador do usuário e parcialmente em um computador remoto, ou integralmente no computador remoto ou servidor. Finalmente, o computador remoto pode ser conectado ao computador do usuário através de qualquer tipo de rede, incluindo uma rede de área local (LAN) ou uma rede de área ampla (WAN), ou a conexão pode ser feita até um computador externo (por exemplo, através da Internet com o uso de um Provedor de Serviço de Internet).

[043] Os aspectos da presente invenção são descritos em referência às ilustrações de fluxograma e/ou diagramas de blocos de métodos, aparelhos (sistemas) e produtos de programa de computador de acordo com modalidades da invenção. Deve-se entender que cada bloco ou porção de blocos do fluxograma, ilustrações e/ou diagramas de blocos, podem ser implementados por instruções de programa de computador sob a forma de um código executável por computador, quando aplicável. Deve-se entender ainda que, quando não mutuamente exclusivas, diferentes combinações de blocos em fluxogramas, ilustrações, e/ou diagramas de blocos podem ser efetuadas. Essas instruções de programa de computador podem ser fornecidas a um processador de um computador de ampla finalidade, um computador de finalidade especial, ou outro aparelho de processamento de dados programáveis para produzir uma máquina, de modo que as instruções executadas através do processador do computador, ou outro aparelho de processamento de dados programáveis, criam meios para implementar as funções/ações especificadas no fluxograma e/ou no(s) bloco(s) do diagrama de blocos.

[044] Essas instruções de programa de computador também podem ser armazenadas em uma mídia legível por computador que pode guiar um computador, outro aparelho de processamento de dados programável, ou outros dispositivos a funcionar de uma forma específica, de modo que as instruções armazenadas na mídia legível por computador produzem um artigo de fabricação que inclui instruções que implementam a função/ação especificada no fluxograma e/ou no bloco (ou blocos) do diagrama de blocos.

[045] As instruções de programa de computador também podem ser carregadas em um computador, outro aparelho de processamento de dados programável, ou outros dispositivos para conduzir à execução de uma série de etapas operacionais no computador, outro aparelho programável, ou outros dispositivos para produzir um processo implementado por computador, de modo que as instruções executadas no computador ou outro aparelho programável fornecem processos para implementar as funções/ações especificadas no fluxograma e/ou bloco (ou blocos) do diagrama de blocos.

[046] Uma “interface de usuário”, conforme usada no presente documento, é uma interface que permite que um usuário ou operador interaja com um computador ou sistema de computador. Uma “interface de usuário” pode também ser chamada de “dispositivo de interface humana”. Uma interface de usuário pode fornecer informações ou dados ao operador e/ou receber informações ou dados do operador. Uma interface de usuário pode permitir que a entrada de um operador seja recebida pelo computador e pode fornecer saída para o usuário do computador. Em outras palavras, a interface de usuário pode permitir que um operador controle ou manipule um computador, e a interface pode permitir que o computador indique os efeitos do controle ou da manipulação do operador. A exibição de dados ou informações em um monitor ou em uma interface gráfica de usuário é um exemplo do fornecimento de informações a um operador. O recebimento de dados através de um teclado, mouse, trackball, teclado táctil, bastão apontador, computador do tipo tablet de gráficos, joystick, controle, webcam, fones de ouvido, pedais, luva virtual, controle remoto e acelerômetro são todos exemplos de componentes de interface de usuário que permitem o recebimento de informações ou dados de um operador.

[047] Uma “interface de hardware”, como usada aqui, abrange uma interface que possibilita que o processador de um sistema de computador interaja e/ou controle um dispositivo de computação e/ou aparelho externo. Uma interface de hardware pode permitir que um processador envie sinais de controle ou instruções para um dispositivo de computação e/ou aparelho externo. Uma interface de hardware pode também permitir que um processador troque dados com um dispositivo de computação e/ou aparelho externo. Exemplos de uma interface de hardware incluem, mas não se limitam a, um barramento serial universal, porta IEEE 1394, porta paralela, porta IEEE 1284, porta serial, porta RS-232, porta IEEE-488, conexão por Bluetooth, conexão de rede local sem fio, conexão TCP/IP, conexão Ethernet, interface de tensão de controle, interface MIDI, interface de entrada analógica, e interface de entrada digital.

[048] Um “monitor” ou “dispositivo de exibição”, como usado aqui abrange um dispositivo de saída ou uma interface de usuário adaptada para exibir imagens ou dados. Um monitor pode emitir dados visuais, sonoros e/ou táteis. Exemplos de uma tela incluem, mas não se limitam a, um monitor de computador, tela de televisão, tela sensível a toque, tela eletrônica tátil, tela em Braille, tubo de raios catódicos (CRT), tubo de armazenamento, tela biestável, papel eletrônico, tela de vetor, tela plana, tela fluorescente a vácuo (VF), telas de diodo de emissão de luz (LED), tela eletroluminescente (ELD), painéis de plasma (PDP), tela de cristal líquido (LCD), telas de diodo emissor de luz orgânico (OLED), um projetor, e um visor montado na parte superior.

[049] Deve-se entender que uma ou mais das modalidades da invenção mencionadas anteriormente podem ser combinadas, desde que as modalidades combinadas não sejam mutuamente exclusivas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[050] A seguir, modalidades preferenciais da invenção serão descritas, apenas a título de exemplo, e com referência aos desenhos, nos quais:

[051] - A Figura 1 ilustra um exemplo de um sistema de imageamento por ressonância magnética;

[052] - A Figura 2 mostra um fluxograma que ilustra um método para usar o sistema de imageamento por ressonância magnética da Figura 1;

[053] - A Figura 3 ilustra um exemplo de uma trajetória no espaço k;

[054] - A Figura 4 mostra um exemplo de uma porção de uma sequência de pulso;

[055] - A Figura 5 ilustra um exemplo de uma sequência de pulso;

[056] - A Figura 6 ilustra um exemplo adicional de uma sequência de pulso; e

[057] - A Figura 7 ilustra um exemplo adicional de uma sequência de pulso.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[058] Os elementos numerados de modo similar nessas Figuras são elementos equivalentes, ou executam a mesma função. Os elementos que foram discutidos anteriormente não serão necessariamente discutidos nas Figuras posteriores se suas funções forem equivalentes.

[059] A Figura 1 mostra um exemplo de um sistema de imageamento por ressonância magnética 100 com um magneto 104. O magneto 104 é um magneto do tipo cilíndrico supercondutor com um orifício 106 através do mesmo. Também é possível o uso de diferentes tipos de imãs; por exemplo, é possível também usar tanto um imã cilíndrico dividido quanto um assim chamado imã aberto. Um magneto cilíndrico dividido é similar a um magneto cilíndrico padrão, exceto pelo fato de que o criostato foi dividido em duas seções para permitir o acesso ao isoplano do magneto. Tais magnetos podem ser usados, por exemplo, em conjunto com terapia de feixe de partículas carregadas. Um magneto aberto tem duas seções de magneto, uma acima da outra com um espaço no meio que é grande o suficiente para receber um indivíduo: a disposição das duas seções tem uma área similar àquela de uma bobina de Helmholtz. Os magnetos abertos têm grande aceitação devido ao fato de que o indivíduo fica menos confinado. Dentro do criostato do magneto cilíndrico há uma coleção de bobinas supercondutoras. Dentro do orifício 106 do magneto cilíndrico 104 há uma zona de imageamento 108 na qual o campo magnético é forte e uniforme o suficiente para realizar o imageamento por ressonância magnética.

[060] No orifício 106 do magneto há também um conjunto de bobinas de gradiente de campo magnético 110 que é usado para obtenção de dados de ressonância magnética para codificar espacialmente giros magnéticos dentro da zona de imageamento 108 do magneto 104. As bobinas de gradiente de campo magnético 110 são conectadas a uma fonte de alimentação de bobina de gradiente de campo magnético 112. As bobinas de gradiente de campo magnético 110 são concebidas para serem representativas. Tipicamente, as bobinas de gradiente de campo magnético 110 contêm três conjuntos separados de bobinas para codificar espacialmente em três direções espaciais ortogonais. Uma fonte de alimentação de gradiente de campo magnético fornece corrente para as bobinas de gradiente de campo magnético. A corrente fornecida às bobinas de gradiente de campo magnético 110 é controlada como uma função de tempo e pode ser modificada ou pulsada.

[061] Adjacente à zona de imageamento 108 está uma bobina de radiofrequência 114 para manipular as orientações dos giros magnéticos dentro da zona de imageamento 108, e para receber transmissões de rádio de giros também dentro da zona de imageamento 108. A antena de radiofrequência pode conter múltiplos elementos de bobina. A antena de radiofrequência também pode ser chamada de canal ou antena. A bobina de radiofrequência 114 é conectada a um transceptor de radiofrequência 116. A bobina de radiofrequência 114 e o transceptor de radiofrequência 116 podem ser substituídos por bobinas separadas de transmissão e recepção, e um transmissor e receptor separados. Deve-se entender que a bobina de radiofrequência 114 e o transceptor de radiofrequência 116 são representativos. A bobina de radiofrequência 114 se destina também a representar uma antena de transmissão dedicada e uma antena de recepção dedicada. De modo semelhante, o transceptor 116 pode também representar um transmissor e receptores separados. A bobina de radiofrequência 114 pode também ter múltiplos elementos de transmissão/recepção e o transceptor de radiofrequência 116 pode ter múltiplos canais de transmissão/recepção. Por exemplo, se for executada uma técnica de imageamento paralelo como SENSE, a radiofrequência 114 poderia ter múltiplos elementos de bobina.

[062] O transceptor 116 e a fonte de alimentação da bobina de gradiente de campo magnético 112 são conectados a uma a uma interface de hardware 128 de um sistema de computador 126. O conteúdo do armazenamento do computador 134 e da memória do computador 136 podem ser duplicados ou trocados entre si. O armazenamento de computador 134 é mostrado como contendo comandos de sequência de pulso 140. O armazenamento de computador 134 é mostrado adicionalmente como contendo dados de ressonância magnética 142 que foram capturados controlando-se o sistema de imageamento por ressonância magnética 100 com os comandos de sequência de pulso 140. O armazenamento de computador 144 é mostrado adicionalmente como tendo um dicionário de impressão digital por ressonância magnética 144. O armazenamento de computador 134 é mostrado adicionalmente como contendo uma distribuição espacial de um conjunto de substâncias predeterminadas 146 que foi calculada com o uso do dicionário de impressão digital por ressonância magnética 144 e dados de ressonância magnética 142.

[063] O armazenamento de computador 134 é adicionalmente mostrado como contendo um mapeamento. O mapeamento 148 pode ser, por exemplo, uma imagem ou dados de imagem que são calculados utilizando-se a distribuição espacial 146. O armazenamento de computador 134 é mostrado como contendo opcionalmente uma imagem de ressonância magnética sintética 150 que foi calculada usando-se a distribuição espacial 146. O armazenamento de computador 134 é adicionalmente mostrado como contendo uma imagem de tomografia computadorizada sintética 152 que também foi opcionalmente calculada com o uso da distribuição espacial 146. Quando a distribuição espacial 146 das substâncias predeterminadas é conhecida, ela pode ser usada para criar as imagens simuladas como a imagem de tomografia computadorizada sintética 152 ou a imagem de ressonância magnética sintética 150.

[064] A memória de computador 136 é mostrada como tendo instruções executáveis por máquina 160. As instruções executáveis por máquina 160 possibilitam que o processador 130 execute várias funções, como o controle do sistema de imageamento por ressonância magnética 100 com os comandos de sequência de pulso 140 ou a execução da análise e o processamento dos dados de ressonância magnética 142. A memória do computador 136 é mostrada adicionalmente como tendo um modelo de impressão digital por ressonância magnética 162. Isso pode ser usado para modelar o decaimento de indução livre ou sinais de RM recebidos por uma substância específica quando da exposição a um sistema de RM que executa os comandos de sequência de pulso 140. Isso pode ser usado, por exemplo, pelo processador 130 para calcular o dicionário de impressão digital por ressonância magnética 144. A memória do computador 136 pode conter, também, várias rotinas ou instruções de processamento de imagens 164. Estas podem possibilitar que o processador 130 execute várias tarefas de processamento de imagem, como a renderização do mapeamento 148 ou o cálculo e a renderização da imagem de ressonância magnética sintética 150 e/ou a imagem de tomografia computadorizada sintética 152.

[065] A Figura 2 mostra um fluxograma que ilustra um exemplo de um método para operar o sistema de imageamento por ressonância magnética 100 da Figura 1. Primeiro, na etapa 200, os dados de ressonância magnética 142 são capturados controlando-se o sistema de imageamento por ressonância magnética 100 com os comandos de sequência de pulso 140. Os comandos de sequência de pulso 140 são configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética 100 capture os dados de ressonância magnética 142, de acordo com uma técnica de impressão digital de imageamento por ressonância magnética. Os comandos de sequência de pulso 140 são adicionalmente configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética 100 execute a codificação espacial usando um protocolo de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero. A seguir, na etapa 202, uma distribuição espacial 146 para cada substância dentre um conjunto de substâncias predeterminadas é calculada pela comparação dos dados de ressonância magnética 140 com um dicionário de impressão digital por ressonância magnética 144. O dicionário de impressão digital por ressonância magnética 144 contém uma lista de sinais de ressonância magnética calculados em resposta à execução dos comandos de sequência de pulso 140 para o conjunto de substâncias predeterminadas.

[066] O imageamento por ressonância magnética (IRM) tem um ótimo contraste de tecido mole e é uma das modalidades de imageamento mais versáteis. Técnicas quantitativas de ressonância magnética (RM) são desejáveis para reduzir a enorme variedade de contrastes e/ou para tornar as descobertas mais comparáveis para a obtenção de conclusões de diagnóstico. Além disso, se as informações de parâmetro de RM subjacentes estiverem disponíveis para cada voxel dentro de um certo campo de visão (CdV), quase todo tipo de contraste de RM pode ser sintetizado (imageamento sintético) imitando a captura de RM dos contrastes correspondentes sem ser obrigado a fazer a captura real.

[067] O IRM quantitativo (IRMq) com sua capacidade de fornecer números, que são comparáveis e quantificáveis, é uma abordagem muito promissora para identificar biomarcadores importantes que podem facilitar essa tarefa. Existem duas abordagens principais para IRMq. Na tradicional, a maioria dos parâmetros de RM de um experimento são mantidos fixos e apenas um é variado para medir um parâmetro específico do tecido (T1 ou T2, ou etc.). Na abordagem de impressão digital por RM (IDRM), todos os parâmetros de sinal (T1, T2, etc.) são codificados simultaneamente pela sequência de impressão digital por RM e as espécies em questão são identificadas pelo correlacionamento do sinal capturado a um dicionário gerado anteriormente contendo um grande número de sinais que correspondem a diferentes combinações ou espécies de parâmetros.

[068] Entretanto, o desafio de RM, a sequência de pulsos de RF com diferentes ângulos de inclinação, fases e tempos, etc., juntamente com o gradiente de imageamento empregado, que facilitam a codificação de sinal espacial, podem resultar em um som bastante desconfortável e alto que incomoda e pode assustar o paciente. Embora tenham sido feitas tentativas para adaptar as sequências de IDRM à música, seria desejável uma execução silenciosa para aumentar o conforto do paciente. Além disso, uma adaptação à música ou sons específicos resulta em uma perda relativa de eficiência e, portanto, também um aumento no tempo.

[069] Adicionalmente, é desejável obter as informações quantitativas em 3D, em contraste com a abordagem de secção única ou de múltiplas secções atualmente usada, o que pode obscurecer a patologia. Exemplos usam a abordagem de amostragem silenciosa de tempo de eco zero (TEZ) para codificação espacial na sequência de mapeamento de parâmetro IDRM ou RM. Devido à sua natureza volumétrica, a sequência de TEZ facilita um mapeamento volumétrico dos parâmetros básicos de RM. O TEZ como sequência suporta o mapeamento do parâmetro de RM para os componentes de relaxamento T2 rápido que são, de outro modo, invisíveis à RMI convencional. Essa capacidade poderia representar uma outra característica da abordagem proposta, possibilitando potencialmente o mapeamento de componentes que a RM clínica atual frequentemente não vê. Isso implica que o dicionário pode incluir parâmetros de RM atípicos que são mais relacionados às descobertas de TC associadas a sólidos.

[070] O uso de imageamento de TEZ implica que o parâmetro de IDRM tem que ser executado exclusivamente através de magnetização longitudinal ou da preparação de magnetização Mz, o que difere dos conceitos de IDRM existentes.

[071] A sequência de TEZ pode ser com base em uma amostragem 3D radial. As amostras dos sinais de decaimento livre de indução (FID, free induction decay) são obtidas em uma trajetória radial de dentro para fora (começando no centro do espaço k). A ordem temporal desses vetores (raios) de trajetória radial de dentro para fora é organizada através de várias intercalações usando espirais suaves que percorrem passo a passo (raio a raio, TR a TR) uma superfície de uma esfera do polo norte para o polo sul da esfera. Dessa forma, o espaço k 3D pode ser percorrido de uma maneira segmentada usando várias dessas intercalações. Na sequência de TEZ, o gradiente de leitura é ligado durante todo o tempo, mas muda apenas ligeiramente sua orientação de imagem para imagem, de raio para raio, facilitando a operação quase silenciosa.

[072] A Figura 3 é usada para ilustrar um esquema de amostragem radial tridimensional para uma codificação espacial de tempo de eco zero. A Figura 3 mostra uma esfera 300 no espaço k. A seta 302 indica a trajetória no espaço k de um raio ou um decaimento de indução livre único amostrado na sequência de TEZ. A linha espiral 304 sobre a superfície da esfera 300 mostra a trajetória do raio 302 durante um único evento intercalado ou de amostragem. A trajetória 304 representa uma amostragem completa do espaço k que satisfaz o teorema de Nyquist. A Figura 3 ilustra o esquema de amostragem radial 3D. A seta indica a trajetória do espaço k de uma única amostra de FID (raio 302) na sequência de TEZ. Em uma única intercalação (304), os raios espiralam do polo norte para o polo sul sobre a superfície de uma esfera. Uma captura de espaço k completa pode consistir em várias intercalações que cobrem o espaço k densamente.

[073] A vantagem da sequência de TEZ é a capacidade de possibilitar a amostragem em tempos de eco muito curtos; dessa forma, podem ser detectados componentes de T2 curtos. No entanto, a desvantagem dessa sequência silenciosa é que ela não possibilita grandes alterações no tempo de eco (TE) (apenas alterações pequenas são concebíveis: na faixa de vários microssegundos), o que realmente significa que o TE é fixo.

[074] Além disso, o TEZ pode possivelmente ser limitado no ângulo de inclinação máximo a ser aplicado. Por exemplo, o ângulo de inclinação máximo pode ser de aproximadamente 5 graus. Isso é consequência, principalmente, do fato de que a excitação de RF ocorre na presença do gradiente de leitura. A duração do pulso de RF é, dessa forma, limitada porque ele tem que ter uma largura de banda alta para excitar todo o CdV. Devido à existência de um B1+ máximo finito em sistemas clínicos, o TEZ é limitado a apenas ângulos de inclinação de excitação muito pequenos (abaixo de 5 graus), restringindo a possível variação de contraste induzida pelo ângulo de inclinação de RF (principalmente contraste T1).

[075] Exemplo de elementos-chave do conceito de desafio de IDRM tradicional:

[076] - Alteração do ângulo de inclinação no trem de IDRM

[077] - Alteração de TE no trem de IDRM

[078] - Alteração de TR no trem de IDRM

[079] - O ângulo de inclinação pode ser alterado em uma sequência de pulso de TEZ, mas não tanto quanto em uma sequência de pulso de IRM convencional. De modo semelhante, a variação do TE é também mais restrita no TEZ. Devido ao baixo ângulo de inclinação (a), é provável que não seja benéfico variar o TR na sequência de pulsos para codificação de IDRM. Explicitamente, isso significa que as abordagens que são baseadas na manipulação da magnetização transversal (pelos altos ângulos de inclinação ou pela variação de TE/TR) provavelmente não sejam benéficas ou podem não funcionar bem quando se executa uma IDRM-TEZ.

[080] Surpreendentemente, em vez disso, esquemas de preparação de magnetização Mz podem ser aplicados como desafios de IDRM para codificar as informações de parâmetro de RM correspondentes na magnetização longitudinal adequadamente. Aqui, por exemplo (mas não se limitando a) vários esquemas básicos de preparação de magnetização Mz são concebíveis:

[081] - Preparação da recuperação de inversão (variando o ângulo de pulso de inversão e o tempo de inversão TI)

[082] - Preparação de T2 com base em uma preparação de equilíbrio direcionada (variando o tempo de eco de preparação TEprep)

[083] - Esquemas de preparação de T2 desequilibrada (significa que a ponta de RF de 90° rápida para cima é deslocada em relação ao eco induzido por RF - desta forma, o deslocamento químico, ?Bo, e T2* poderiam ser codificados)

[084] - Preparação de T2 com base em uma preparação de equilíbrio direcionada com

[085] - Gradientes de sensibilização de difusão no topo

[086] - Preparação MSDE (preparação de T2 ponderada de fluxo/difusão)

[087] - Preparação MTC

[088] - Pré-saturação seletiva de deslocamento químico

[089] - Todo tipo de preparação estimulada por eco dedicada

[090] - E outros

[091] Para esse propósito, uma sequência de TEZ- IDRM preparada por magnetização é projetada. A estrutura da sequência básica pode ser vista na Figura 4 abaixo com diferentes opções concebíveis mostradas na Figura 5 abaixo e na Figura 6 abaixo, respectivamente. Antes e depois das preparações diferentes (T1, T2, saturação de ressonância sem excesso, preparação de T2 desequilibrado, prep. de difusão, etc.), atrasos de relaxamento individuais poderiam ser aplicados embora o preenchimento desses atrasos com blocos de amostragem de TEZ adequados possa ser mais eficiente. Essa preparação de magnetização Mz é seguida por um bloco de leituras de TEZ de ângulo pequeno que não influenciam significativamente o Mz. Devido à captura radial, o centro do espaço k é medido em cada captura, a suavização de contraste ocorre por meio do tempo médio da resposta de magnetização. Durante o design do dicionário, esse efeito pode ser levado em consideração.

[092] A Figura 4 ilustra uma unidade estrutural básica 400 de comandos de sequência de pulso. O bloco denominado 402 é uma preparação de magnetização. O bloco 404 representa uma sequência de codificação espacial de TEZ. A sequência de pulso total será composta de uma série de unidades estruturais 400 similares aos mostrados na Figura 4.

[093] Conforme já mencionado, a Figura 4 mostra a estrutura da sequência TEZ-IDRM básica, um esquema geral de preparação de magnetização Mz (MPi) precede o bloco de amostragem de TEZ real que consiste em um trem de raios. Muitos esquemas de preparação de magnetização Mz podem ser empregados, o bloco de MPi pode conter um atraso de pré-preparação, a etapa real de Mz e um atraso de pós-preparação (não detalhado aqui). A sequência inteira de IDRM-TEZ consiste em vários desses blocos (i) em que o tipo de preparação Mz, as durações de atraso (pré, pós, se aplicável) e o número de raios de leitura de TEZ podem variar individualmente (vide (b,c)). Além disso, a amostragem da trajetória espacial k de TEZ pode ser feita de diferentes maneiras.

[094] A Figura 5 é usada para ilustrar um esquema de amostragem. A trajetória 500 é um espiral radial 3D em uma trajetória de esfera em um espaço k similar ao mostrado na Figura 3. Entretanto, nesse exemplo, a trajetória 500 é uma subamostragem. À direita da trajetória do espaço k 500, está um exemplo de uma sequência de pulso 502. A sequência de pulso 502 é composta de várias preparações de magnetização 402 e sequências de codificação espacial de TEZ 404. Cada uma das sequências de codificação espacial de TEZ 404 usa a mesma subamostragem da trajetória 500 no espaço k, exceto pelo fato de que para cada uma das sequências de codificação espacial de TEZ 404 a trajetória 500 é ligeiramente girada no espaço k. Uma vantagem disso é que quebra a coerência de ruído entre as amostras de dados obtidas de modo diferente. Isso pode possibilitar a reconstrução da distribuição espacial total com o uso de uma quantidade menor de dados capturados. Nesse exemplo, a preparação de magnetização 402 em cada caso é diferente. Em um primeiro exemplo, essa magnetização é usada uma vez. Isso é denominado como i. Na próxima magnetização 402, denominada como i+1, outra magnetização é realizada ou um parâmetro dessa preparação de magnetização longitudinal é alterado. Como exemplo, o dado subconjunto de preparação de magnetização longitudinal mostrado na Figura 5 é do mesmo tipo, por exemplo uma preparação de T2 baseada em uma preparação de equilíbrio direcionada. Na preparação de magnetização 402 denominada i, a sequência tem uma TEprep de 20 ms, na preparação 402 denominada i+1, a TEprep foi aumentada para 40 ms, na preparação denominada i+2, a TEprep foi aumentada para 80 ms, enquanto na preparação i+3, uma TEprep 120 ms foi usada, por exemplo.

[095] A Figura 5 usa uma intercalação completa mas diferentemente (girada) após cada preparação diferente, observe que o comprimento do bloco de raios TEZ é fixo ou conforme esboçado na Figura 6 abaixo ao longo de uma intercalação, em que é feita uma amostragem de um subgrupo após as preparações correspondentes, observe que o comprimento do bloco de raios de TEZ pode variar.

[096] A Figura 6 mostra um esquema de amostragem adicional que pode ser usado. A trajetória de espaço k completa 304 é mostrada à esquerda. Nesse exemplo, ao longo de uma intercalação, é feita uma amostragem de um subgrupo de dados e das preparações correspondentes. O comprimento dos blocos de raio de TEZ pode ser variável. Abaixo de cada um dos blocos de TEZ 404 há um fragmento de trajetória de espaço k 602 que é mostrado. Nesse exemplo, é feita uma subamostragem do espaço k mediante a quebra da trajetória do espaço k 304 em vários fragmentos de trajetória do espaço k 602.

[097] A captura desses perfis de TEZ pode ser feita com o uso de um número fixo de imagens (duração fixa) agrupadas como uma intercalação separada (vide Figura 5), sendo que cada intercalação é uma amostragem de uma porção diferente do espaço k 3D. Dessa forma, após cada captura de intercalação, é feita uma nova preparação.

[098] Uma outra opção é obter amostragem ao longo de uma intercalação. Também nessa abordagem, pode ser feita a amostragem de um número fixo de perfis de TEZ após a preparação. Para facilitar a reconstrução nessa abordagem, a sequência de codificação de IDRM tem que ser repetida para facilitar a amostragem de partes adicionais da intercalação no dado contraste. Como resultado, várias intercalações foram completamente medidas com a mesma sequência de pulsos de preparação de IDRM MPi. Se a restrição de amostragem de um número fixo de perfis de TEZ for removida, o esquema mostrado na Figura 7 abaixo pode se tornar aplicável. Aqui tudo é variável e pode exigir uma reconstrução de IDRM dedicada.

[099] A Figura 7 mostra um exemplo adicional de uma sequência de pulso 700. Nesse exemplo, diferentes tipos de preparações de magnetização 402 são seguidos de diferentes sequências de codificação espacial de TEZ 404. A Figura 7 ilustra como uma variedade de diferentes preparações de magnetização 402 pode ser combinada para formar uma sequência de pulso de impressão digital por ressonância magnética. Diferentes etapas de preparação de magnetização Mz são seguidas de um número fixo de n leituras de TEZ (blocos brancos). Os números indicam o atraso anterior (superior), o atraso posterior (inferior) ou, quando fornecidos entre parênteses, o tempo de eco sem o uso de atraso posterior. É possível que seja mais eficiente utilizar atrasos anteriores e posteriores muito curtos e fazer a amostragem da leitura de TEZ em vez disso. Essa sequência de IDRM básica será repetida até que tenha sido feita amostragem de todos os segmentos das subamostragens das intercalações especificadas.

[0100] Conforme mostrado na Figura 7, as preparações de magnetização são intercaladas nas aquisições de TEZ. Muitos esquemas de preparação de magnetização Mz exigem pulsos de gradiente dedicados que diferem dos usados no trem de TEZ. Portanto, as preparações de magnetização Mz e seus pulsos de gradiente correspondentes são otimizados para minimizar o ruído acústico induzido por alternância de gradiente (uma maneira de se fazer isso seria reduzir a força do gradiente e a taxa de oscilação, ou usar formas de onda senoidais suaves adequadas).

[0101] Uma possível vantagem do trem de TEZ de ângulo de ponta baixa é o baixo grau de coerência de rotação de ordem mais alta gerado que pode contribuir posteriormente como ecos espúrios. A deterioração da RF pode, ainda, ajudar a minimizar possíveis efeitos adversos, caso estejam presentes.

[0102] Pode ser interessante notar que a trajetória radial do espaço k, segmentada em várias intercalações, é idealmente adequada para subamostragem do domínio espacial. Dessa forma, em todo o trem de IDRM, consistindo em uma concatenação suficiente das sequências mostradas na Figura 2 (b, c), não apenas os MPi individuais são variados, mas também as radiais 3D se intercalam para melhorar a diversidade e a eficiência da codificação espacial. Isso possibilita a reconstrução das informações de IDRM espacialmente resolvidas também a partir de dados 3D que tiverem sido espacialmente subamostrados. Isso é essencial para manter o tempo total dessa varredura 3D dentro de limites aceitáveis.

[0103] Vários exemplos se seguem:

[0104] - Uma varredura de IDRM volumétrica silenciosa do cérebro deve ser feita com recursos como:

[0105] - mapeamento volumétrico de T1, T2 e M0 no cérebro

[0106] - uso de uma subamostragem no domínio espacial para amostragem mais rápida (são feitas amostragens de apenas duas das 20 intercalações da varredura de TEZ sem subamostragem, as duas escolhidas têm distância máxima no espaço k (0° e 180°))

[0107] - com o uso de uma sequência de IDRM de acordo com o esquema de codificação na Figura 2(b), o número de intercalação / ângulo de início é linearmente aumentado (F = 360°/20 * i) com o tempo. As intercalações opostas de 180° são capturadas em uma segunda rodada da sequência de IDRM:

[0108] - na resolução isotrópica, o que possibilita a reformatação em todas as direções após a reconstrução da IDRM

[0109] - ajuste de dicionário e exibição dos mapas correspondentes

[0110] - geração de imagens retrospectivamente com contraste dedicado, de acordo com as sequências de RM desejadas usando o conceito de IRM sintético

[0111] - a varredura poderia continuar até que se faça uma correspondência adequada com qualquer componente de dicionário escolhido usando uma abordagem de reconstrução em tempo real. Isso permitiria a otimização da duração da varredura.

[0112] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e na descrição supracitada, tal ilustração e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou exemplificadoras, e não restritivas; a invenção não se limita às modalidades reveladas.

[0113] Outras variações às modalidades reveladas podem ser compreendidas e realizadas pelos versados na técnica na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da revelação e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a expressão “que compreende” não exclui outros elementos ou outras etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. Um único processador ou outra unidade pode exercer as funções de vários itens mencionados nas reivindicações. O simples fato de certas medidas serem mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada com vantagem. Um programa de computador pode ser armazenado/distribuído em uma mídia adequada, como uma mídia de armazenamento óptico ou uma mídia de estado sólido, fornecida juntamente com outro hardware, ou como parte do mesmo, porém pode também ser distribuído de outras formas, como através da Internet ou outros sistemas de telecomunicação com ou sem fio. Nenhum sinal de referência nas reivindicações deve ser interpretado como limitador do escopo da invenção. LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA

Claims (13)

1. SISTEMA DE IMAGEAMENTO POR RESSONÂNCIA MAGNÉTICA (100), para capturar dados de ressonância magnética (142) de um indivíduo (118) dentro de uma zona de imageamento (108), o sistema de imageamento por ressonância magnética sendo caracterizado por compreender: - uma memória (134, 136) para armazenar instruções executáveis por máquina (160) e comandos de sequência de pulso (140, 400, 502, 600, 700), sendo que os comandos de sequência de pulso são configurados para fazer com que o sistema de imageamento por ressonância magnética capture os dados de ressonância magnética de acordo com uma técnica de impressão digital por ressonância magnética ou sequência de mapeamento de parâmetro de RM, sendo que os comandos de sequência de pulso são adicionalmente configurados para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética para executar a codificação espacial usando um protocolo de imageamento por ressonância magnética com tempo de eco zero, - um processador para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética, sendo que a execução das instruções executáveis por máquina faz com que o processador: - capture (200) os dados de ressonância magnética por meio de controle do sistema de imageamento por ressonância magnética com as instruções de sequência de pulso; e - calcule (202) uma distribuição espacial (146) de cada substância dentre um conjunto de substâncias predeterminadas através da comparação dos dados de ressonância magnética com um dicionário de impressão digital por ressonância magnética (144), sendo que o dicionário de impressão digital por ressonância magnética contém uma listagem de sinais de ressonância magnética calculados em resposta à execução dos comandos de sequência de pulso para o conjunto de substâncias predeterminadas e sendo que os comandos de sequência de pulso compreendem múltiplos grupos de diferentes preparações de magnetização longitudinal (402), sendo que a captura de impressão digital por ressonância magnética é codificada por meio da formação de diferentes grupos de variantes de diferentes preparações de magnetização longitudinal, sendo que cada um dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal é seguido de um bloco de leitura de tempo de eco zero (404) e sendo que cada bloco de leitura de tempo de eco zero captura uma porção dos dados de ressonância magnética.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinais compreender um ou mais dentre os seguintes: preparação de recuperação de inversão, preparação de T2 com base em uma preparação de equilíbrio direcionada, uma preparação de T2 não balanceada, uma preparação de T2 usando sensibilização e ponderação de difusão, MSDE, uma preparação de T2 usando sensibilização e ponderação de fluxo, preparação de inversão por giro, recuperação de saturação parcial, preparação de contraste de transferência de magnetização, pré-saturação seletiva de deslocamento químico, preparações eco-estimuladas, uma preparação sem preparação e combinações das mesmas.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela codificação da impressão digital por ressonância magnética ser executada por meio da variação das preparações da magnetização longitudinal individuais dentro de múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal.

4. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela porção dos dados de ressonância magnética ser uma subamostra (500, 602) de uma amostra de espaço k completa.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada bloco de leitura de tempo de eco zero ter um padrão de subamostragem diferente de um bloco de leitura de tempo de eco zero adjacente.

6. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal serem divididos em um ou mais subconjuntos, sendo que dentro de cada um dos um ou mais subconjuntos há um ângulo de oscilação exclusivo.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela execução das instruções executáveis por máquina fazer com que o processador calcule a distribuição espacial de cada substância dentre um conjunto de substâncias predeterminadas para cada um dos um ou mais subconjuntos.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo um ou mais subconjuntos serem intercalados alterando o padrão de subamostragem ao longo do tempo.

9. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela ao menos uma das preparações de magnetização longitudinais compreender transições de gradiente magnético silenciosas.

10. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo conjunto de substâncias predeterminadas compreender qualquer um dos seguintes: tecido ósseo, tecido conjuntivo, cartilagem, osso esponjoso, osso cortical e tendões.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela execução das instruções executáveis por máquina fazer com que o processador calcule uma imagem de tomografia computadorizada sintética (152) usando ao menos a distribuição espacial do tecido ósseo e/ou calcule uma imagem tridimensional de ressonância magnética tridimensional sintética (150) com o uso da distribuição espacial de cada substância dentre o conjunto de substâncias predeterminadas.

12. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pela execução das instruções executáveis por máquina fazer ainda com que o processador calcule o dicionário de impressão digital por ressonância magnética por meio da modelagem da resposta de cada uma das substâncias predeterminadas aos comandos de sequência de pulso.

13. MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE IMAGEAMENTO POR RESSONÂNCIA MAGNÉTICA (100), caracterizado pelo sistema de imageamento por ressonância magnética ser configurado para capturar dados de ressonância magnética (142) de um indivíduo (118) dentro de uma zona de imageamento (108), sendo que o método compreende: capturar (200) os dados de ressonância magnética por meio do controle do sistema de imageamento por ressonância magnética com comandos de sequência de pulso (140, 400, 502, 600, 700), sendo que os comandos de sequência de pulso fazem com que o sistema de imageamento por ressonância magnética capture os dados de ressonância magnética de acordo com uma técnica de impressão digital por ressonância magnética ou sequência de mapeamento de parâmetro de RM, sendo que os comandos de sequência de pulso são adicionalmente configurados para controlar o sistema de imageamento por ressonância magnética para executar a codificação espacial usando um protocolo de imageamento por ressonância magnética de tempo de eco zero; e calcule (202) uma distribuição espacial (146) de cada substância dentre um conjunto de substâncias predeterminadas através da comparação dos dados de ressonância magnética com um dicionário de impressão digital por ressonância magnética (144), sendo que o dicionário de impressão digital por ressonância magnética contém uma listagem de sinais de ressonância magnética calculados em resposta à execução dos comandos de sequência de pulso para o conjunto de substâncias predeterminadas e sendo que os comandos de sequência de pulso compreendem múltiplos grupos de diferentes preparações de magnetização longitudinal (402), sendo que a captura de impressão digital por ressonância magnética é codificada por meio da formação de diferentes grupos de variantes de diferentes preparações de magnetização longitudinal, sendo que cada um dos múltiplos grupos de preparações de magnetização longitudinal é seguido de um bloco de leitura de tempo de eco zero (404) e sendo que cada bloco de leitura de tempo de eco zero captura uma porção dos dados de ressonância magnética.