BR122013008019A2

BR122013008019A2 - Dispositivo de interface para criar interface entre uma bobina e um sistema de ressonância magnética, assim como sistema para obter imagens de uma região a ser examinada

Info

Publication number: BR122013008019A2
Application number: BR122013008019-8A
Authority: BR
Inventors: Sriram Sambandamurthy; Robert J. McKenney; Maged R. Kamel
Original assignee: Bayer Healthcare Llc
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2019-08-06
Also published as: KR101505331B1; BR122013008019B1; JP5930471B2; CA2803252C; CN102970924A; CN102970924B; WO2012003211A1; EP2587996A1; CA2803252A1; US9817090B2; KR20150045530A; US20140167758A1; KR20130045895A; JP5777711B2; US10197645B2; BR112012033621A2; KR20130045889A; EP2587996A4; US20160131725A1; CN103293495A

Abstract

dispositivo de interface para criar interface entre uma bobina e um sistema de ressonância magnética, assim como sistema para obter imagens de uma região a ser examinada. a presente invenção refere-se a uma sonda intracavitária para uso com um sistema de ressonância magnética, que inclui um par de espiras da bobina disposto em uma configuração de varredura de fase, um par de circuitos de desacoplamento, um par de cabos de saída e um material espaçador em posição adjacente à superfície anterior das espiras da bobina. cada espira da bobina possui um capacitor de excitação e um cacitor de sintonia. cada circuito de desacoplamento é conectado através do capacitador de sintonia. cada circuito de desacoplamento é conectado através do capacitor de sintonia de uma ou mais espiras da bobina. cada cabo de saída é conectado a uma primeira extremidade do mesmo através do capacitor de excitação de uma das espiras da bobina, de modo que cada um dos capacitores de excitação seja aterrado separadamente. o material espaçador mantém uma distância predeterminada entre o par de espiras da bobina e a região a ser examinada, reduzindo assim a intensidade dos sinais de ressonância magnética na região próxima às espiras da bobina, mantendo o snr na profundidade dentro da região a ser examinada e reduzindo os artefatos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO DE INTERFACE PARA CRIAR INTERFACE ENTRE UMA BOBINA E UM SISTEMA DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA, ASSIM COMO SISTEMA PARA OBTER IMAGENS DE UMA REGIÃO A SER EXAMINADA.

Pedido dividido do BR112012033621-5 depositado em

29.06.2011.

Antecedentes Da Invenção

Campo da invenção

A presente invenção trata de modo geral a sistemas e a métodos 10 de obtenção de imagens e espectros de estruturas anatômicas utilizando sistemas de ressonância magnética (MR). Mais especificamente, a presente invenção é pertinente a várias modalidades de uma sequência multicanal de ff bobinas de superfície e os dispositivos de interface associados, que é capaz Λ de proporcionar imagens e resultados espectroscópicos a partir de sinais de

MR obtidos de núcleos excitados durante procedimentos de MR.

Descrição da técnica relacionada.

As informações de referência a seguir são apresentadas para ajudar o leitor a compreender a invenção revelada a seguir e o tipo de ambiente em que ela deverá ser utilizada. Os termos aqui utilizados não deverão 20 ser considerados limitados a um sentido específico, exceto se claramente indicado o contrário neste documento, expressa ou implicitamente.

A imagem por ressonância magnética (MRI) é um método não invasivo capaz de produzir imagens de alta qualidade do interior do corpo humano. A técnica permite que profissionais de saúde visualizem o interior 25 do corpo humano sem cirurgia e sem lançar mão de radiações ionizantes como os raios-X. As imagens possuem uma resolução tão elevada que o câncer e patologias de outra natureza podem frequentemente ser visualizados e distinguidos de tecidos saudáveis. As técnicas e sistemas de ressonância magnética também foram desenvolvidas para realizar análises espec30 troscópicas que permitem determinar a composição química dos tecidos corporais ou de outros materiais.

A MRI utiliza um magneto potente, ondas de rádio e tecnologia

2/49 computadorizada para criar imagens detalhadas de tecidos moles, músculos, nervos e ossos do corpo. Para tanto, a técnica utiliza uma propriedade básica do átomo de hidrogênio, que é encontrado em abundância em todas as células de organismos vivos. Na ausência de um campo magnético, os nú5 cleos dos átomos de hidrogênio apresentam 'spin' e giram como piões, ou realizam movimentos de precessão aleatoriamente em todas as direções. Quando submetidos a um forte campo magnético, porém, os eixos de 'spin' dos núcleos de hidrogênio se alinham na direção do campo. Isso ocorre porque o núcleo do átomo de hidrogênio possui o que se denomina um momen10 to magnético elevado, que é uma forte tendência intrínseca de se alinhar com a direção do campo. Em conjunto, os núcleos de hidrogênio na região a ser visualizada criam um vetor de magnetização médio cuja direção é paralela à do campo magnético.

* Um sistema típico de MRI ou aparelho contém um magneto prin15 cipal, três bobinas de gradiente, uma antena de radiofrequência (RF) (frequentemente denominada bobina de corpo inteiro) e uma estação computadorizada a partir da qual um operador controla o sistema. Entretanto, o principal componente de um sistema de MRI é o magneto principal. Geralmente trata-se de um magneto supercondutor cilíndrico. Em seu 'bore' (abertura na 20 qual os pacientes são colocados durante procedimentos de MRI), o magneto principal gira um forte campo magnético, muitas vezes denominado campo B0, que é uniforma e estático (invariável). O campo magnético B0 é orientado na direção do eixo longitudinal do 'bore', denominado direção z, que induz os vetores de magnetização dos núcleos de hidrogênio do organismo a se 25 alinharem com o eixo paralelo. Neste alinhamento, os núcleos estão preparados para receber energia de RF na frequência apropriada a partir da bobina de corpo inteiro. Esta frequência é conhecida como frequência de Larmor e é determinada pela equação ω = γ B0, onde ω é a frequência de Larmor (frequência de precessão dos átomos de hidrogênio), γ é a constante giro30 magnética e B0 é a intensidade do campo magnético estático.

A antena de RF, também denominada bobina de corpo inteiro, é geralmente utilizada tanto para transmitir pulsos de energia RF como para

3/49 receber os sinais de RF resultantes induzidos na mesma pelos núcleos de hidrogênio. Mais especificamente, a bobina do corpo emite energia de RF no interior da abertura cilíndrica durante o ciclo de transmissão. A energia de RF cria um campo magnético de radiofrequência, também denominado 5 campo RF B1, cujas linhas magnéticas também apresentam direção perpendicular ao vetor de magnetização dos núcleos de hidrogênio. O pulso de RF inclina os eixos de 'spin' dos núcleos de hidrogênio em relação ao campo magnético principal (BO), induzindo o vetor de magnetização médio a se desviar da direção z em um ângulo conhecido. Entretanto, o pulso de RF 10 afeta apenas os núcleos de hidrogênio que estão realizando precessão em torno de seus respectivos eixos na frequência do pulso de RF. Em outras palavras, apenas os núcleos que apresentam ressonância na frequência em questão são afetados, e tal ressonância é obtida em associação com a x operação dos três bobinas de gradiente.

As bobinas de gradiente são bobinas eletromagnéticas. Cada bobina de gradiente é utilizada para gerar um campo magnético estático com variação linear ao longo de uma das três direções do espaço (x,y,z) dentro da abertura cilíndrica, denominada campo de gradiente b1. No interior do magneto principal, as bobinas de gradiente podem alterar o campo magnéti20 co principal em nível muito local quando são desligados e ligados rapidamente de acordo com um padrão específico. Assim, em conjunto com o magneto principal, as bobinas de gradiente podem ser operadas de acordo com várias técnicas de imagem, de modo que os núcleos de hidrogênio em um determinado ponto ou em uma determinada faixa, seção ou unidade de 25 volume entrem em ressonância quando um pulso de RF da frequência apropriada é aplicado. Em resposta ao pulso de RF, os átomos de hidrogênio em precessão na região selecionada absorvem energia de RF transmitida pela bobina do corpo, forçando assim os vetores de magnetização no mesmo a se inclinar para uma direção divergente da do campo magnético principal (BO). Quando a bobina do corpo é desligada, os núcleos de hidrogênio começam a liberar a energia de RF na forma de um sinal de MR, conforme é explicado mais detalhadamente abaixo.

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Uma técnica bem conhecida que pode ser utilizada para obter imagens é a chamada técnica de imagem por eco de spin. Ao operar segundo esta técnica, o sistema de MRI primeiro ativa uma bobina de gradiente para criar um gradiente de campo magnético ao longo do eixo z. Este é o chamado gradiente de seleção de corte e é acionado quando o pulso de RF é aplicado e desligado quando o pulso de RF é desligado. Isso permite que a ressonância ocorra apenas nos núcleos de hidrogênio localizado em um corte da área a ser visualizada. A ressonância não ocorre em nenhum tecido localizado fora do plano de interesse em qualquer um dos lados. Imediatamente após o término do pulso de RF, todos os núcleos da fase ativada estão em fase, ou seja, seus vetores de magnetização apontam todos na mesma direção. Se não sofrerem nenhuma outra interferência, os vetores médios de magnetização de todos os núcleos de hidrogênio no corte relaxariam, realinhando-se com a direção z. Em vez disso, o segunda bobina de gradiente é ativado rapidamente para criar um gradiente de campo magnético ao longo do eixo, que é chamado gradiente codificador de fase e induz os vetores de magnetização dos núcleos no interior do corte a apontarem à medida que passam da extremidade mais fraca do gradiente para a mais forte, em direções cada vez mais divergentes. Em seguida, após o pulso de RF, o gradiente de seleção de corte e o gradiente de seleção de fase são desligados e o terceira bobina de gradiente é acionada brevemente para criar um gradiente ao longo do eixo x. que é chamado gradiente de codificação de frequência ou gradiente de leitura, é aplicado apenas no momento em que o sinal de MR é medido e induz reexcitação diferencial dos vetores de relaxamento da magnetização de modo que os núcleos mais próximos da porção mais baixa do gradiente aumentam sua velocidade de precessão e os núcleos na porção mais elevada adquirem velocidade ainda maior. Quando os núcleos relaxam novamente, os núcleos mais rápidos (localizados na extremidade mais intensa do gradiente) emitem ondas de radiofrequência com frequência mais elevada.

Em conjunto, as bobinas de gradiente permitem que o sinal de MR seja codificado espacialmente de modo que cada porção da área a ser

5/49 visualizada é definida de forma única pela frequência e fase de seu sinal de ressonância. Mais especificamente, cada núcleo de hidrogênio age como um minitransmissor de rádio à medida que relaxa, emitindo uma pulsação característica que muda ao longo do tempo dependendo do microambiente em que se encontra. Por exemplo, os núcleos de hidrogênio em gorduras encontram-se em um microambiente diferente daqueles que estão em água e, portanto, emitem pulsos diferentes. Devido a essas diferenças e às várias proporções de água e gordura contidas em cada tipo de tecido, tecidos diferentes emitem sinais de radiofrequência de frequências diferentes. Durante o ciclo de recepção, cada bobina do corpo detecta essas minitransmissões de rádio, que são muitas vezes denominadas coletivamente sinal de MR. Da bobina do corpo, esses sinais distintos de ressonância são enviados aos receptores do sistema de MR, onde são convertidos em dados matemáticos correspondentes ao mesmo. A criação de uma imagem com boa relação entre sinal e ruído (SNR, signal-to-noise ratio) requer que o procedimento seja repetido em sua totalidade várias vezes. Utilizando transformadas de Fourier multidimensionais, um sistema e MR pode converter dados matemáticos em imagens bi ou mesmo tridimensionais.

Quando são necessárias imagens mais detalhadas de uma determinada parte do corpo, uma bobina local é muitas vezes utilizada em vez de uma bobina de corpo inteiro. Uma bobina local pode consistir em uma bobina de volume ou em uma bobina de superfície. Uma bobina de volume é utilizado para envolver ou encerrar um volume a ser visualizado (p. ex.. cabeça, braço, punho, perna ou joelho). Entretanto, a bobina de superfície é apenas colocado na superfície do corpo do paciente para que a região subjacente a ser examinada (plexut2) as regiões abdominal, torácica e/ou pélvica possa ser visualizada. Além disso, uma bobina local pode ser projetada para operar como bobina receptora pura ou coma bobina transmissora receptora (T/R). A primeira é capaz apenas de detectar sinais de MR produzidos pelo corpo em resposta a um procedimento de MRI, conforme detalhado acima. Entretanto, uma bobina T/R é capaz tanto de receber sinais de MR como de transmitir pulsos de RF que produzem o campo magnético de RF

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Β1, que é indispensável para induzir ressonância em tecidos corporais.

É bem conhecida na técnica de MRI a utilização de uma única bobina local de volume ou de superfície para detectar sinais de MR. Na abordagem com um única bobina, uma bobina local relativamente grande é utilizado para cobrir ou envolver toda a região a ser examinada. As primeiras bobinas receptores eram simplesmente bobinas lineares, o que significa que podiam detectar apenas um dos dois componentes de quadratura (ou seja, MX' vertical e MY' horizontal) dos sinais de MR produzidos pela região a ser examinada. Um exemplo de bobina linear e a bobina de espira única mostrado na FIG. 1A. A espira é capaz apenas de detectar campos magnéticos (ou seja, sinais de MR) com orientação perpendicular/vertical ao plano da espira, conforme mostrado na FIG. 1B. Outro exemplo de bobina linear é a bobina borboleta ou em sela mostrado na FIG. 2A. Ao contrário da espira única, a bobina borboleta é sensível apenas a campos magnéticos com orientação paralela ao plano da bobina, conforme mostrado na FIG. 2B. Isto ocorre porque a bobina borboleta é construída torcendo-se uma espira em sua porção central para formar duas subespiras idênticas em torno de um ponto médio. Como as correntes que fluem pelas subespiras são idênticas, mas correm em direções opostas, o fluxo magnético gerado pelo fluxo de corrente em volta de uma subespira da estrutura simétrica é igual mas oposta ao fluxo devido à corrente na outra subespira. Portanto, os campos verticais induzidos pelas correntes que giram em direções opostas se cancelam em torno do ponto médio da estrutura. Entretanto, os campos horizontais gerados por essas correntes se combinam, gerando um campo magnético com orientação paralela ao plano da bobina.

Por isso, foram desenvolvidas bobinas de recepção que empregam o modo de detecção de quadratura, o que significa que eles podem interceptar componentes tanto verticais quanto horizontais. Em comparação com bobinas receptores lineares, as bobina receptoras de quadratura permitiram que os sistemas de MRI produzissem imagens com SNR muito melhor, geralmente com melhoria de até 41%. Mesmo com as melhorias acarretadas pelo modo quadratura, a abordagem com uma bobina continuava a propor7/49 cionar imagens cuja qualidade podia ser melhorada. A desvantagem intrínseca da abordagem com bobina única é atribuída à utilização de uma única estrutura de bobina para adquirir sinais de MR de toda a região a ser analisada.

As bobinas de varredura de fase também foram desenvolvidas para contornar as deficiências da abordagem com bobina única. Em vez de uma bobina local, a abordagem com varredura de fase utiliza um conjunto de bobinas locais menores, onde cada um destas bobinas cobre ou envolve apenas parte da região a ser examinada. Em um sistema com duas bobinas deste tipo, por exemplo, cada um das bobinas cobriría ou envolvería metade da região a ser estudada, sendo que os duas bobinas ficariam parcialmente sobrepostos para fins de isolamento magnético. As duas bobinas adquirem simultaneamente os sinais de MR das porções a eles correspondentes, sem apresentar interações adversas devido à sobreposição. Como cada bobina cobre apenas metade da região a ser examinada, cada uma dessas bobinas é capaz de receber sinais de MR com SNR muito mais elevada na porção da região a ser examinada da área coberta. Portanto, as bobinas locais menores de varredura de fase fornecem ao sistema de MRI o sinal de dados necessário para gerar uma imagem de toda a região a ser examinada com uma resolução mais elevada que aquela que pode ser obtida de uma única bobina local grande.

Um exemplo de bobina de varredura de fase é a bobina Gore® torso array, fabricado pela W.L. Gore and Associates, Inc. A bobina para torso contém quatro bobinas de superfície, sendo dois dispostos em uma pá anterior e dois em uma pá posterior. As duas pás são projetadas para serem posicionadas, respectivamente, nas superfícies anterior e posterior do paciente em torno das regiões abdominal, torácica e pélvica. A bobina de torso é projetado para utilização em sistemas de MR com sistemas de aquisição de dados dotados de vários receptores. Os quatro terminais da bobina de torso, sendo um de cada uma das duas bobinas de superfície anteriores e duas das bobinas de superfície posteriores, podem ser conectadas a receptores separados, e cada receptor amplifica e digitaliza os sinais que recebe. Em

8/49 seguida, o sistema de MR combina os dados digitalizados originários de receptores separados e forma uma imagem com SNR geral melhor que o que podería obter com um única bobina local ou até mesmo com duas bobinas locais, anterior e posterior maiores cobrindo apenas a totalidade da região a ser examinada.

Também é bem conhecido o emprego desta técnica para obter imagens de estruturas corporais internas utilizando sondas intracavitárias. Um exemplo de técnica anterior envolvendo uma sonda intracavitária projetada principalmente para utilização em sistemas de 1,0T e 1,5T é descrito nas patentes dos Estados Unidos N°s. 5.476.095 (Ό95) e 5.355.087 (Ό87), que foram ambas concedidas ao cessionário da presente invenção e são aqui incorporadas para referência. A sonda descrita na técnica anterior foi projetada para ser inserida em cavidades corporais, como o reto, a vagina e a boca. Essas patentes revelam também dispositivos de interface projetados para criar interfaces com a sonda intracavitária descrita na técnica anterior em sistemas de imagem e espectroscopia de MR. O método de utilização da sonda intracavitária é revelado na Patente dos EUA N°. 5.348.010, que também foi concedida ao cessionário da presente invenção e é aqui incorporado para referência.

A sonda descrita na técnica anterior permite, quando utilizada em conjunto com sua respectiva unidade de interface, que o sistema de MR gere imagens e resultados de espectroscopia de várias estruturas corporais internas, como a próstata, o cólon e a cérvix uterina. Alguns exemplos de tal técnica anterior são a bobina BPX-15 para próstata e endorretal (E-coil), a bobina colorretal PCC-15 e a bobina BCR-15 para cérvix uterina, que constituem parte da linha eCoil™ de bobinas descartáveis fabricados pela MEDRAD, Inc. de Indianola, Pensilvânia, EUA. Alguns exemplos de tais unidades de interface são as unidades de torso ATD-II e ATD-Torso, também produzidas pela MEDRAD, iNC.

A unidade ATD-II é utilizada para realizar interface entre a sonda descrita na técnica anterior e um sistema de MR para obter imagens ou espectros da região a ser examinada, especificamente a próstata, o cólon ou a

9/49 cérvix uterina. A unidade ATD-Torso é utilizada para criar interfaces não apenas com a sonda descrita na técnica anterior, mas também com a bobina de torso Gore® com vários receptores do sistema de MR. Quando conectado a tal sonda e a bobina de torso, a unidade ATD-Torso permite ao sistema de MR obter imagens ou espectros não apenas da próstata, cólon ou cérvix uterina, mas também da anatomia adjacente, ou seja, das regiões abdominal, torácica e pélvica.

As Patentes dos EUA N^oS. 7.747.310 e 7.885.704, que foram ambas concedidas ao cessionário da presente invenção e são incorporadas aqui para referência, revelam várias sondas intracavitárias e dispositivos de interface associados para utilização em sistemas de MR projetados para operar em campos de intensidade maior que as sondas descritas na técnica anterior nas patentes Ό87 e '095. Por exemplo, esta última referência ensina uma sonda dotada de uma bobina com uma espira contendo dois capacitares de excitação e um capacitar de sintonia, todos dispostos em série. Cada capacitar de excitação é conectado a um cabo e saída com comprimento elétrico igual a Sl + n(À/4). Quando cada cabo de saída é conectado por sua outra extremidade ao dispositivo de interface, a espira da bobina é então interconectada através do dispositivo de interface ao sistema de MRI.

Com referência à FIG. 3, sondas intracavitárias de quadratura foram desenvolvidas. Por exemplo, a Publicação de Solicitação de Patente Internacional WO 2010/056911, que foi concedida ao cessionário da presente invenção e é incorporada aqui para referência, revela uma estrutura com uma bobina único sensível aos componentes vertical e horizontal do sinal de MR em razão de um elemento simples, do tipo espira, na bobina e um elemento do tipo borboleta na bobina que compartilham um condutor central. Mais especificamente, a bobina de quadratura, geralmente designado 10, inclui uma espira externa 12, um condutor central 14 que divide ao meio a espira externa 12, e uma linha de saída, geralmente designada 16. A espira externa 12 inclui um conjunto de capacitares, incluindo o primeiro e o segundo capacitares de excitação 18 e 20 e o primeiro e o segundo capacitares de sintonização 22 e 24. Com valores aproximadamente iguais, os capacitares

10/49 de excitação 18, 20 são dispostos em série dentro da espira externa 12 e formam em seu nó de junção 26 um aterramento virtual para balanceamento elétrico e casamento da impedância na espira. Os capacitores de sintonização 22, 24 também são dispostos em série na espira externa 12, com o nó comum entre eles 28 em posição diametralmente oposta ao nó juncional 26. Com valores aproximadamente iguais, os capacitores de sintonização 22, 24 são selecionados para produzir ressonância junto com a espira externa 12 na frequência operacional do sistema de MR. Neste sentido, a espira externa 12 é mostrada na FIG. 3 com quatro indutores. Os valores desses indutores representam apenas as indutâncias inerentes aos segmentos condutores (p. ex. de cobre) da espira. A linha de saída 16 inclui dois cabos coaxiais 30 e 32, cujos condutores isoladores são conectados ao nó juncional 26 da bobina 10. O condutor central 14 se estende entre e divide em partes iguais os nós juncional e comum 26 e 28 da espira externa 12, mantendo assim a simetria física e elétrica da bobina de quadratura 10. A FIG. 3 mostra o condutor central 14 com dois indutores e um capacitor de sintonia 34 dispostos simetricamente ao longo de seu eixo. Assim como na espira externa 12, os valores desses indutores representam apenas as indutâncias inerentes aos segmento condutor. O valor do capacitor de sintonia 34 foi selecionado de forma que sua reatância na frequência operacional corresponda à reatância indutiva do condutor central 14. Esta configuração permite que os elementos espira simples e borboleta da bobina detectem sinais de MR ortogonais e paralelos ao plano da bobina, respectivamente.

Com referência à FIG. 4 e conforme revelado na Patente dos EUA N°. 7,888, 704, uma bobina de configuração de varredura de fase para utilização como sonda endorretal foi desenvolvido. A bobina contém quatro espiras de bobina 40, 41, 42 e 43 dispostos em uma configuração de varredura de fase onde cada espira de bobina 40, 41, 42 e 43 apresenta sobreposição crítica com o elemento adjacente. Cada espira de bobina 40, 41, 42 e 43 contém um capacitor de excitação 44, 45, 46 e 47 e um capacitor de sintonia 48, 49, 50 e 51 em posição diametralmente oposta ao capacitor de excitação 44, 45, 46 e 47. Além disso, cada espira da bobina 40, 41, 42 e 43

11/49 inclui uma linha de saída 52, 53, 54 e 55 conectada ao respectivo capacitor de excitação 44, 45, 46 e 47. Com esses elementos, uma configuração com quatro elementos e quatro canais é apresentada. Este arranjo proporciona uma relação sinal ruído SNR visivelmente maior que a obtida com a bobina de quadratura 10 aqui descrito anteriormente em referência à FIG. 3; entretanto, a cobertura é menos uniforme devido a áreas de sinal baixo nas áreas com acoplamento crítico (ou seja, condutores sobrepostos). Esta não uniformidade é indesejável para utilização em sondas endorretais porque a não uniformidade é mais acentuada na região proximal dos condutores da bobina.

Embora sejam amplamente aceitas e gozem de boa reputação no mercado, essas sondas intracavitárias e o dispositivo de interface descritos na técnica anterior apresentam algumas deficiências. Por exemplo, oferecem cobertura limitada, apresentam desempenho sinal/ruído inferior e são geralmente menos flexíveis que as outras tecnologias de bobina endorretal discutidas a seguir. Portanto, é desejável criar uma sequência de bobinas endorretais e um dispositivo de interface associado capaz de proporcionar maior flexibilidade geral, imagens de melhor qualidade e resultados de espectroscopia a partir de sinais e MR obtidos de núcleos durante procedimentos de MR.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Portanto, um dos objetivos da presente invenção é proporcionar um método e um sistema para superar um ou vários dos problemas e deficiências evidentes na técnica anterior. Mais especificamente, uma série de bobinas endorretais e dispositivos de interface associados capazes de proporcionar maior flexibilidade geral, imagens de melhor qualidade e resultados de espectroscopia a partir de sinais e MR obtidos de núcleos durante procedimentos de MR.

Para este fim, é divulgada uma bobina para utilização com um sistema de ressonância magnética para obter imagens de uma região a ser examinada. A bobina compreende: (a) um par de espiras de bobina dispostas em configuração de varredura de fase, cada uma das quais recebe sinais

12/49 de ressonância magnética da porção correspondente da região a ser examinada; e (b) um material espaçador colocado em posição adjacente à superfície anterior do par de espiras de bobina. Cada uma dessas espiras de bobina possui um capacitor de excitação e um capacitor de sintonia, sendo que o capacitor de sintonia possui um valor selecionado de modo a induzir ressonância com a espira da bobina a ele correspondente em uma das frequências operacionais do sistema de ressonância magnética. O material espaçador permite manter uma distância predeterminada entre 0,762 a 1,524 mm (0,03 e 0,06 polegada) entre o par de espiras e a região a ser examinada e, portanto: (i) reduzir a intensidade dos sinais de ressonância magnética na proximidade das espiras da bobina; (ii) manter a relação entre sinal e ruído na profundidade correspondente à região a ser estudada no nível apropriado para reconstruir imagens da região a ser examinada; e (iii) reduzir artefatos nas imagens, incluindo o artefato de Gibbs.

A bobina pode incluir também um par de circuitos de desacoplamento, ambos conectados pelo capacitor de sintonia a uma das espiras da bobina. Cada um dos circuitos de desacoplamento pode ser um circuito de desacoplamento ativo, um circuito de desacoplamento passivo ou um circuito de desacoplamento ativo e passivo. A bobina também pode conter um par de cabos de saída, ambos conectados a uma primeira extremidade do mesmo através do capacitor de excitação de uma das espiras da bobina, de modo que cada um dos capacitores de excitação seja aterrado separadamente. Um condutor separado pode ser incluído se possuir com as seguintes características: (a) um conector de entrada; (b) um conector de saída; (c) um par de cabos internos para conexão de uma extremidade aos cabos de saída da sonda intracavitária através do conector de entrada e aproximação da outra a um dispositivo de interface através do conector de saída; (d) um par de baluns, cada um dos quais conectado entre uma das extremidades de um dos cabos internos e pelo menos um dentre o conector de entrada e o conector de saída; e (e) pelo menos um 'cable trap' conectado à região.

A configuração de varredura de fase pode necessitar que o par

13/49 de espiras na bobina seja disposto com sobreposição crítica, possua um condutor comum ou seja disposto em uma configuração com sobreposição híbrida em que pelo menos parte de cada uma das espiras da bobina fique sobreposta e as espiras da bobina possuam um condutor em comum.

Um circuito de desacoplamento passivo pode ser colocado na segunda extremidade de cada um dos cabos de saída. Cada um dos circuitos de desacoplamento passivo pode incluir diodos conectados em configuração 'back-to-back' e um componente de reatância. O componente de reatância pode consistir em um ou mais indutores e um capacitor.

A bobina pode ser fornecida como parte de uma sonda intracavitária ou consistir em uma bobina de superfície. A bobina de superfície pode ser uma bobina de cabeça, uma bobina de torso, uma bobina de pescoço, uma bobina para membros ou uma combinação dos mesmos.

Também é apresentada uma sonda intracavitária para utilização em sistemas de ressonância magnética para obter imagens de uma região a ser examinada a partir do interior de uma cavidade em um paciente. A sonda intracavitária inclui: (a) um par de espiras de bobina dispostas em configuração de varredura de fase, cada uma das quais recebe sinais de ressonância magnética da região a ser examinada correspondente cada uma delas; (b) um par de circuitos de desacoplamento, cada um dos quais conectados através do capacitor de sintonia de uma das espiras de bobina; (c) um par de cabos de saída, cada um dos quais conectado a uma primeira extremidade de cada uma através do capacitor de excitação de uma das espiras da bobina, de modo que cada um dos capacitores de excitação possua aterramento separado; e (d) um material espaçador disposto em posição adjacente a superfície anterior do par de espiras de bobina. Cada uma dessas espiras de bobina possui um capacitor de excitação e um capacitor de sintonia com valor selecionado de modo a induzir ressonância com a espira da bobina a ele correspondente em uma das frequências operacionais do sistema de ressonância magnética. O material espaçador permite manter uma distância predeterminada entre 0,762 a 1,524 mm (0,03 e 0,06 polegada) entre o par de espiras e a região a ser examinada e, portanto: (i) reduzir a intensidade dos

14/49 sinais de ressonância magnética na proximidade das espiras da bobina; (ii) manter a relação entre sinal e ruído na profundidade correspondente à região a ser estudada no nível apropriado para reconstruir imagens da região a ser examinada; e (iii) reduzir artefatos nas imagens, incluindo o artefato de Gibbs, na região onde a sonda intracavitária é inserida na cavidade do paciente durante a aquisição de imagens.

Cada um dos circuitos de desacoplamento pode ser um circuito de desacoplamento ativo, um circuito de desacoplamento passivo ou um circuito de desacoplamento ativo e passivo. Um condutor separado pode ser incluído se apresentar as seguintes características: (a) um conector de entrada; (b) um conector de saída; (c) um par de cabos internos para conexão de uma extremidade aos cabos de saída da sonda intracavitária através do conector de entrada e aproximação da outra a um dispositivo de interface através do conector de saída; (d) um par de baluns, cada um dos quais conectado entre uma das extremidades de um dos cabos internos e pelo menos um dentre o conector de entrada e o conector de saída; e (e) pelo menos um 'cable trap' conectado à região.

A configuração de varredura de fase pode necessitar que o par de espiras na bobina seja disposto com sobreposição crítica, possua um condutor comum ou seja disposto em uma configuração com sobreposição híbrida em que pelo menos parte de cada uma das espiras da bobina fique sobreposta e as espiras da bobina possuam um condutor em comum.

Além disso, também é apresentado um dispositivo de interface para criação de uma interface com uma bobina disposta em configuração de varredura de fase, cada um dos quais recebe sinais de ressonância magnética de uma região a ser examinada correspondente ao mesmo em um sistema de ressonância magnética. O dispositivo de interface inclui: (a) um pri15/49 meiro pré-amplificador para receber sinais de uma primeira espira de bobina do par de espiras de bobina para gerar um primeiro sinal amplificado; (b) um segundo pré-amplificador para receber um sinal da segunda espira de bobina para gerar um segundo sinal amplificado; (c) um primeiro divisor, conectado operacionalmente ao primeiro pré-amplificador, para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira direita, que é enviado à saída do primeiro canal, e um primeiro sinal composto; (d) um segundo divisor, conectado operacionalmente ao segundo pré-amplificador, para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira esquerda, que é enviado a um segundo canal de saída, e um segundo sinal composto; (e) um terceiro divisor, conectado operacionalmente ao primeiro divisor, para dividir o primeiro sinal composto; (f) um quarto divisor, conectado operacionalmente ao segundo divisor, para dividir o segundo sinal composto; (g) um combinador de grau zero, conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor para produzir um sinal de sela ou borboleta que é utilizado para criar um terceiro canal de saída; e (h) um combinador de 180 graus, conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor, para combinar sinais recebidos dos mesmos e produzir um sinal correspondente à espira inteira, que é enviado a um quarto canal de saída. O dispositivo de interface é configurado para reconhecer separada e seletivamente o primeiro, segundo, terceiro e quarto canais de saída, permitindo assim que o sistema de ressonância magnética acoplado com o dispositivo de interface produza imagens em diversos modos diferentes.

O primeiro pré-amplificador e o segundo pré-amplificador recebem uma tensão de alimentação pré-determinada em comparação com a tensão de alimentação nominal do primeiro pré-amplificador e do segundo pré-amplificador. Um ou mais atenuadores podem proporcionar atenuação nominal no intervalo entre 3dB e 6dB. O atenuador ou atenuadores podem ser posicionados em um ou mais dos seguintes pontos: (a) entre o primeiro pré-amplificador e o primeiro divisor; (b) entre o segundo pré-amplificador e o segundo divisor; (c) depois do primeiro divisor; e (d) depois do segundo divisor. O conjunto de modos inclui, entre outros, espira esquerda, espira

16/49 direita, espira inteira, sela inteira, espira direita e espira esquerda (LL), espira inteira e sela inteira, espira direita, espira esquerda, espira inteira e sela inteira (LLLS).

Também é apresentado um sistema para obter imagens de uma região a ser examinada. O sistema inclui: (a) uma sonda intracavitária; e (b) um dispositivo de interface para criar interface entre uma sonda intracavitária e um sistema de ressonância magnética. A sonda intracavitária inclui: (i) um par de espiras de bobina dispostas em configuração de varredura de fase, cada uma das quais recebe sinais de ressonância magnética da região a ser examinada correspondente cada uma delas; (ii) um par de cabos de saída, cada um dos quais conectado a uma primeira extremidade de cada uma através do capacitor de excitação de uma das espiras da bobina, de modo que cada um dos capacitores de excitação possua aterramento separado; e (iii) um material espaçador disposto em posição adjacente à superfície anterior do par de espiras de bobina. Cada uma dessas espiras de bobina possui um capacitor de excitação e um capacitor de sintonia, sendo que o capacitor de sintonia possui um valor selecionado de modo a induzir ressonância com a espira da bobina a ele correspondente em uma das frequências operacionais do sistema de ressonância magnética O material espaçador permite manter uma distância pré-determinada em torno de 0,762 a 1,524 mm (0,03 a 0,06 polegada) entre o par de espiras da bobina e a região a ser examinada, reduzindo assim a intensidade dos sinais de ressonância magnética na proximidade das espiras da bobina, mantendo a relação entre sinal e ruído na profundidade correspondente à região a ser estudada no nível apropriado para reconstruir imagens da região a ser examinada e reduzindo artefatos nas imagens, incluindo o artefato de Gibbs, na região onde a sonda intracavitária é inserida na cavidade do paciente durante a aquisição de imagens. O dispositivo de interface inclui: (i) um primeiro pré-amplificador para recebimento de sinais de uma primeira espira de bobina do par de espiras de bobina para gerar um primeiro sinal amplificado; (ii) um segundo préamplificador para receber um sinal da segunda espira de bobina para gerar um segundo sinal amplificado; (iii) um primeiro divisor, conectado operacio17/49 nalmente ao primeiro pré-amplificador, para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira direita e um primeiro sinal composto; (iv) um segundo divisor, conectado operacionalmente ao segundo pré-amplificador, para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira esquerda e um segundo sinal composto; (v) um terceiro divisor, conectado operacionalmente ao primeiro divisor, para dividir o primeiro sinal composto; (vi) um quarto divisor, conectado operacionalmente ao segundo divisor, para dividir o segundo sinal composto; (vii) um combinador de grau zero, conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor para produzir um sinal de sela; e (viii) um combinador de 180 graus, conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor, para combinar sinais recebidos dos mesmos e produzir um sinal correspondente à espira inteira.

O primeiro pré-amplificador e o segundo pré-amplificador recebem uma tensão de alimentação pré-determinada em comparação com a tensão de alimentação nominal do primeiro pré-amplificador e do segundo pré-amplificador. O dispositivo de interface pode incluir também um ou mais atenuadores, com atenuação nominal na faixa de 3dB a 6dB. O atenuador ou atenuadores podem ser posicionados em um ou mais dos seguintes pontos: (a) entre o primeiro pré-amplificador e o primeiro divisor; (b) entre o segundo pré-amplificador e o segundo divisor; (c) depois do primeiro divisor; e (d) depois do segundo divisor.

A bobina pode incluir também um par de circuitos de desacoplamento, ambos conectados pelo capacitor de sintonia a uma das espiras da bobina. Cada um dos circuitos de desacoplamento pode ser um circuito de desacoplamento ativo, um circuito de desacoplamento passivo ou um circuito de desacoplamento ativo e passivo. Um condutor separado pode ser incluído se apresentar as seguintes características: (a) um conector de entrada; (b) um conector de saída; (c) um par de cabos internos para conexão de uma extremidade aos cabos de saída da sonda intracavitária através do conector de entrada e aproximação da outra a um dispositivo de interface através do conector de saída; (d) um par de baluns, cada um dos quais conectado entre uma das extremidades de um dos cabos internos e pelo me18/49 nos um dentre o conector de entrada e o conector de saída; e (e) pelo menos um 'cable trap' conectado à região.

A configuração de varredura de fase pode necessitar que o par de espiras na bobina seja disposto com sobreposição crítica, possua um condutor comum, ou seja, disposto em uma configuração com sobreposição híbrida em que pelo menos parte de cada uma das espiras da bobina fique sobreposta e as espiras da bobina possuam um condutor em comum. Um circuito de desacoplamento passivo pode ser colocado na segunda extremidade de cada um dos cabos de saída. Cada um dos circuitos de desacoplamento passivo pode incluir diodos conectados em configuração 'back-toback' e um componente de reatância. O componente de reatância pode consistir em um ou mais indutores e um capacitor.

Além disso, é revelado uma bobina para utilização com um sistema de ressonância magnética para obter imagens de uma região a ser examinada. A bobina compreende: (a) conjunto de espiras de bobina dispostas em configuração de varredura de fase, cada uma das quais recebe sinais de ressonância magnética da região a ser examinada correspondente cada uma delas; (b) um conjunto de cabos de saída, cada um dos quais conectado a uma primeira extremidade de cada uma através do capacitor de excitação de uma das espiras da bobina, de modo que cada um dos capacitores de excitação possua aterramento separado; e (c) um material espaçador disposto em posição adjacente à superfície anterior do par de espiras de bobina. Cada uma dessas espiras de bobina possui um capacitor de excitação e um capacitor de sintonia, sendo que o capacitor de sintonia possui um valor selecionado de modo a induzir ressonância com a espira da bobina a ele correspondente em uma das frequências operacionais do sistema de ressonância magnética.

Um material espaçador pode ser colocado em posição adjacente a uma superfície anterior do par de espiras de bobina. O material espaçador permite manter uma distância pré-determinada em torno de 0,762 a 1,524 mm (0,03 e 0,06 polegada) entre o par de espiras da bobina e a região a ser examinada, reduzindo assim a intensidade dos sinais de ressonância mag19/49 nética na proximidade das espiras da bobina, mantendo a relação entre sinal e ruído na profundidade correspondente à região a ser estudada no nível apropriado para reconstruir imagens da região a ser examinada e reduzindo artefatos em imagens ou espectros, incluindo o artefato de Gibbs.

Cada um dos circuitos de desacoplamento passivo pode incluir diodos conectados em configuração 'back-to-back' e um componente de reatância. O componente de reatância pode consistir em um ou mais indutores e um capacitor.

Esses e outros recursos e características da presente invenção, assim como os métodos de operação e funções de elementos relacionados de estruturas e a associação de partes e economias de fabricação, ficarão mais evidentes após análise da descrição a seguir e das reivindicações em anexo, com referência aos desenhos aqui apresentados, que também constituem partes desta especificação e onde os mesmos números de referência designam partes correspondentes nas várias figuras. Entretanto, fica expressamente entendido que os desenhos são apenas para fins ilustrativos e descrição e que não se pretende que eles definam limites da invenção. Conforme utilizados na especificação e nas reivindicações as formas singulares de um, uma, o e a abrangem também os respectivos plurais, salvo se o contexto indicar claramente o contrário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1A é um diagrama esquemático de uma espira de bobina única convencional, e a FIG. 1B é uma representação dos campos magnéticos com orientação vertical que ela é capaz de detectar;

A FIG. 2A é um diagrama esquemático de uma bobina borboleta convencional, e a FIG. 2B é uma representação dos campos magnéticos com orientação horizontal que ela é capaz de detectar;

A FIG. 3 é um diagrama esquemático de uma bobina de quadratura endorretal convencional;

A FIG. 4 é um diagrama esquemático de uma bobina endorretal de varredura de fase convencional de quatro canais, com espiras parcialmente sobrepostas;

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A FIG. 5 é uma vista em perspectiva de uma sonda intracavitária de acordo com a presente invenção;

A FIG. 6 é um diagrama esquemático de uma bobina, de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;

A FIG. 7 é um diagrama esquemático de uma bobina, de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção;

A FIG. 8 é um exemplo de imagem produzida por um sistema de MRI utilizando a bobina da FIG. 6, que ilustra os artefatos de imagemfantasma produzidos na imagem;

A FIG. 9 é uma vista explodida em perspectiva de uma bobina de acordo com a presente invenção, que ilustra o material espaçador utilizado na bobina;

A FIG. 10 é uma vista transversal da bobina da FIG. 9, montado;

A FIG. 11 é um diagrama esquemático de uma bobina, de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção;

A FIG. 12 é um diagrama esquemático de uma bobina, de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção;

As FIGS. 13A e 13B são diagramas de bloco que ilustram a bobina da FIG. 12 conectado a um dispositivo de interface de acordo com a presente invenção;

A FIG. 14 é um diagrama de bloco de um dispositivo de interface de acordo com a presente invenção;

A FIG. 15 é um diagrama esquemático da bobina da FIG. 12, ilustrando o modo como a corrente é induzida no mesmo no modo espira esquerda;

As FIGS. 16A-16C formam um diagrama esquemático do dispositivo de interface da FIG. 14, ilustrando o modo de operação do dispositivo de interface no modo espira esquerda;

A FIG. 17 é um diagrama esquemático da bobina na FIG. 12, ilustrando o modo como a corrente é induzida no mesmo no modo espira direita;

As FIGS. 18A-18C formam um diagrama esquemático do dispo21/49 sitivo de interface da FIG. 14, ilustrando o modo de operação do dispositivo de interface no modo espira direita;

A FIG. 19 é um diagrama esquemático da bobina na FIG. 12, ilustrando o modo como a corrente é induzida no mesmo no modo espira inteira;

As FIGS. 20A-20C formam um diagrama esquemático do dispositivo de interface da FIG. 14, ilustrando o modo de operação do dispositivo de interface no modo espira inteira;

A FIG. 21 é um diagrama esquemático da bobina na FIG. 12, ilustrando o modo como a corrente é induzida no mesmo no modo espira em sela;

As FIGS. 22A-22C formam um diagrama esquemático do dispositivo de interface da FIG. 14, ilustrando o modo de operação do dispositivo de interface no modo sela; e

A FIG. 23 é um gráfico comparativo das relações entre sinal e ruído (SNR) das várias modalidades de bobina.

DESCRIÇÃO DETALHADAS DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Para fins da descrição que segue, os termos superior, acima, abaixo, embaixo, direito, esquerdo, vertical, ortogonal, horizontal, topo, fundo, lateral, longitudinal e derivados dos mesmos se referem à invenção na orientação mostrada nas figuras nos desenhos e/ou da perspectiva de um paciente durante um procedimento. Entretanto, fica entendido que a invenção pode assumir outras modalidades e sequências de etapas, salvo indicação expressa em contrário. Fica entendido também que os dispositivos e processos específicos ilustrados nos desenhos em anexo e descritos nas especificações a seguir são apenas modalidades exemplificativas da invenção. Portanto, as dimensões específicas e outras características físicas relacionadas às modalidades aqui reveladas não devem ser consideradas limita ntes.

Em todas as suas modalidades e aspectos relacionados, a presente invenção revelada a seguir deve idealmente ser utilizada em sistemas de ressonância magnética (MR) projetados para operar a 1,0, 1,5 ou 3,0

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Tesla ou qualquer intensidade intermediária de campo, embora também se aplique a sistemas que operem com campos mais intensos ou menos intensos. A tecnologia também se aplica a modalidades de aparelhos com magnetos de cavidade horizontal, vertical ou em outra orientação, assim como em equipamentos de magneto fechado ou aberto.

As bobinas discutidos a seguir podem ser incorporados em uma sonda intracavitária, tal como a sonda endorretal 60 ilustrada na FIG. 5. A sonda intracavitária 60 é dotada de um eixo flexível 62 e uma estrutura em balão 64. As bobinas discutidos mais detalhadamente a seguir são anexos a uma superfície anterior da estrutura em balão 64. A estrutura em balão 64 é configurada para posicionar a bobina em proximidade operacional com a protuberância produzida pela próstata no reto em um paciente no qual a estrutura em balão 64 é inflada, otimizando o acoplamento entre a bobina e a anatomia a ser estudada. A estrutura em balão 64 deve ser preferivelmente fabricada de látex de qualidade médica ou outro material elastomérico apropriado. Tal material deve, evidentemente, não ser paramagnético e apresentar baixo nível de perdas dielétricas. O eixo flexível 62 define dois lúmens no local (não mostrados). Na parede cilíndrica próxima à extremidade distai, o eixo 62 define também um orifício (não mostrado) que se comunica com um dos lúmens. Em conjunto, este lúmen e o orifício servem para permitir a passagem de líquido (p. ex. gás ou líquido), que é bombeado e expelido para fora da estrutura em balão 64 com a insuflação e desinflação, respectivamente. Mais longe do eixo distai, o eixo 62 define outro orifício na parede cilíndrica. O outro lúmen e este orifício servem como conduto através do qual os cabos de saída saem da bobina. Os cabos de saída podem ser alojados em uma única bainha 66 com uma tomada 68 na extremidade proximal do mesmo para conectar a sonda intracavitária 60 com um dispositivo de interface apropriado, conforme discutido mais detalhadamente a seguir.

A sonda intracavitária 60 inclui também um disco antimigração 70 e um cabo74. Fixado à extremidade proximal do cabo 62, o cabo 74 permite que a sonda 60 seja facilmente manipulável a partir de sua extremidade distai e inserida, junto com a estrutura em balão 64 a ela fixada, na cavidade

23/49 retal e alinhada apropriadamente no interior da cavidade, conforme descrito abaixo. O disco antimigração 70 é composto de plástico semirrígido ou outro polímero adequado e o formato mais apropriado para este componente é o hemisférico. Conforme mostrado na FIG. 5, o disco 70 define um encaixe 76. Este encaixe 76 permite conectar o disco 70 ao eixo 62. Quando fixado ao eixo 62 em posição adjacente o esfíncter anal depois de a sonda 60 ser introduzida no reto, o disco antimigração 70 evita que a sonda 60 migre em direção superior devido à atividade peristáltica normal do cólon.

A sonda intracavitária 60 inclui também um meio de controlar a insuflação da estrutura em balão 64. O sistema de controle de insuflação mais apropriado consiste em uma seringa 78, um tubo 80 e uma torneira 82. O tubo 80 conecta a seringa 78 ao lúmen que contém fluido no interior do eixo 62 na extremidade proximal do eixo 62. A torneira 82 é conectada em série ao tubo 80 e serve para controlar se o ar é introduzido ou retirado da estrutura em balão 64.

Durante a operação, a extremidade distal da sonda intracavitária 60 é inserida na cavidade pelo reto com a estrutura em balão 64 em estado desinflado. Com a extremidade distal inserida, a sonda 60 é posicionada nos sentidos rotacional e longitudinal no interior da cavidade adjacente à região a ser examinada. Quando a sonda intracavitária 60 é posicionada corretamente, o disco antimigração 70 pode então ser conectado ao eixo 62 adjacente ao esfíncter para garantir que a sonda intracavitária 60 permaneça em posição durante o procedimento de aquisição de imagem de MR.

Antes de inflar a estrutura em balão 64, a torneira 82 precisa ser aberta. Utilizando a seringa 78, a estrutura em balão 64 é insuflada através do tubo 80, da torneira 82 e do lúmen cheio de líquido no cabo 62. À medida que a estrutura em balão 64 é inflada, uma superfície externa da mesma é pressionada contra uma parede da cavidade oposta à região a ser examinada, posicionando assim a bobina em posição aposta à glândula próstata e otimizando o recebimento de sinais de MR da mesma durante o procedimento de aquisição de imagem de MR. A torneira 82 pode então ser recolocada na posição fechada. A sonda intracavitária 60 pode então ser conectada com

24/49 o dispositivo de interface através da tomada 68 da bainha 66.

Quando o procedimento de obtenção de imagem é concluído, o clínico precisa apenas colocar a torneira 82 para desinflar a estrutura em balão 64. Independente de se o disco antimigração 70 for retirado do eixo 62, a extremidade distal pode então ser retirada do reto apenas puxando suavemente o cabo 74 da sonda intracavitária 60.

Embora a invenção descrita anteriormente e em seguida em uma implementação específica, ou seja, como sequência de bobinas endorretais, que pode ser incorporado em um invólucro adequado formando uma sonda intracavitária que pode ser introduzida no reto para obter imagens e/ou espectros da glândula próstata masculina, fica entendido que a invenção também pode ser adaptada para obter imagens e/ou espectros de outras regiões a serem analisadas, tais como as acessíveis pela boca, vagina ou outros orifícios em que a sonda intracavitária possa ser introduzida. Também deve ser evidente que os princípios aqui apresentados podem também ser aplicados a diversos tipos de bobina de superfície, tais como os preconizados para exames de imagem da cabeça, pescoço, torso, membros ou outras estruturas corporais.

Em geral, as bobinas endorretais aqui revelados são compostos de dois elementos configurados para receber correntes de radiofrequência (RF) de toda a geometria e, usando divisores e combinadores apropriados em um dispositivo de interface discutido a seguir, transformado em um dispositivo com quatro canais de saída.

Com referência à FIG. 6, vários aspectos de uma primeira modalidade da sequência de bobinas endorretais são aqui ilustradas. Mais especificamente, a FIG. 6 apresenta um diagrama esquemático de um protótipo da primeira modalidade da sequência de bobinas endorretais construído para operação com aparelhos de MRI de 1,5T.

A bobina endorretal, geralmente designada 100, inclui uma espira externa 102, um condutor central 104 que divide ao meio a espira externa 102, e uma linha de saída, geralmente designada 106. A espira externa 102 inclui um conjunto de capacitores, incluindo o primeiro e o segundo capacito25/49 res de excitação 108e110eo primeiro e o segundo capacitores de sintonização 112 e 114. Com valores aproximadamente iguais, os capacitores de excitação 108, 110 são dispostos em série dentro da espira externa 102 e formam em seu nó de junção 116 um aterramento virtual para balanceamento elétrico e casamento da impedância na espira. Os capacitores de sintonização 112, 114 também são dispostos em série na espira externa 102, com o nó comum entre eles 118 em posição diametralmente oposta ao nó juncional 116. Com valores aproximadamente iguais, os capacitores de sintonização 112, 114 são selecionados para produzir ressonância junto com a espira externa 102 na frequência operacional do sistema de MR.

Desta maneira, a espira externa 102 na FIG. 6 é sintonizada para detectar sinais de MR originários do paciente na frequência operacional de um sistema de MR de 1,5T. O formato da espira externa 102 determina se a espira é capaz de detectar apenas sinais de MR cujas linhas de campo apresentam orientação vertical em relação ao plano da espira. Entretanto, o esquema de sintonização supramencionado imprime um desvio de fase de 180 graus sobre os sinais de tensão resultantes produzidos pela espira externa 102, que representam os sinais de MR com orientação vertical por ele detectados. Mais especificamente, em relação ao aterramento virtual no nó juncional 116, a fase dos sinais de tensão detectados através do primeiro capacitor de excitação 108, ou seja, na primeira entrada, é de 180 graus em relação à fase dos sinais de tensão detectáveis através do segundo capacitor de excitação 110, ou seja, na segunda entrada.

O condutor central 104 se estende entre e divide em partes iguais os nós juncional e comum 116 e 118 da espira externa 102, mantendo assim a simetria física e elétrica da bobina de quadratura 100. A FIG. 6 mostra o condutor central 104 com um capacitor de sintonia 120 conectado ao longo de seu comprimento. O valor do capacitor de sintonia 120 foi selecionado de forma que sua reatância na frequência operacional corresponda à reatância indutiva do condutor central 104. Isso permite que dois modos de operação sejam utilizados simultaneamente. Primeiro, as reatâncias indutiva e capacitiva idênticas permitem que o condutor central 104 atue como circui26/49 to aberto em relação à espira externa 102. Nesse caso, um primeiro canal de saída representativo da espira inteira (indicado pela seta WL) é mostrado.

Além de servir como circuito aberto para a espira externa 102 para permitir a detecção dos componentes verticais do sinal de MR, o condutor central 104 opera também em conjunto com a espira externa 102 para emular uma bobina do tipo borboleta ou do tipo espira para detecção de sinais de MR com orientação paralela ao plano da bobina 100. O esquema de sintonização da presente invenção não cria apenas uma passagem simples para a corrente da espira pela espira externa 102, cria também uma passagem alternativa para a corrente (envolvendo correntes com rotação inversa) para o conjunto formado pela espira externa 102 e pelo condutor central 104. Mais especificamente, durante o ciclo de recebimento e iniciando próximo do nó juncional 116, a corrente induzida pelos sinais de MR em sentido horizontal flui através do segundo capacitor de excitação 110, chega à extremidade distal da espira externa 102 e entra pelo condutor central 104. Em seguida, a corrente atravessa o ponto médio da estrutura em borboleta ou em sela e flui pelo primeiro capacitor de excitação 108 até a ponta distal da espira externa 102 e depois pelo condutor central 104 iniciando novamente o ciclo enquanto a espira 100 estiver em posição apropriada para detectar sinais de MR durante o ciclo de recebimento da operação. Nesses casos, um segundo canal de saída representativo do modo em sela/borboleta (mostrado pela seta SL) é fornecido.

A linha de saída 106 da bobina 100 pode ser implementada utilizando-se vários mecanismos, tais como cabo coaxial, fita, microtira ou outras tecnologias de linha de transmissão. A FIG. 6 mostra dois cabos coaxiais 122 e 124, cujos condutores isoladores são conectados ao nó juncional 116 da bobina. O condutor central do cabo 122 conecta o outro lado do primeiro capacitor de excitação 108, e o condutor central do cabo 124 conecta o outro lado do segundo capacitor de excitação 110. A linha de saída 106 deve ter comprimento elétrico igual a S_L + η(λ/4) pelos motivos revelados na Solicitação de Patente dos EUA N°. 2009/0076378, onde λ é o comprimento de onda da frequência operacional do sistema de MR e n é um inteiro ímpar

27/49 cujo valor geralmente é (e será doravante considerado como tal) igual a 1, pois na prática a bobina 100 está sempre bastante próximo do dispositivo de interface ao qual ele é conectado. Sl representa um comprimento adicional cuja reatância indutiva é da mesma magnitude que a reatância de cada um dos capacitores de excitação 108, 110 através dos quais os terminais da linha de saída 106 se conectam. Com uma tomada padrão acondicionando os condutores de ambos os cabos, por exemplo, os condutores central e de blindagem de cada cabo 122 e 124 se conectam a um tomada apropriada ou outro tipo de conector para o dispositivo de interface.

Além disso, e dependendo da configuração do divisor de RF do dispositivo de interface discutido a seguir, dois canais também podem ser fornecidos para obter um sinal da espira esquerda (indicada pela seta LL na FIG. 6) e um sinal da espira direita (indicada pela seta RL na FIG. 6), com o condutor central 104 servindo como condutor comum para ambas as espiras.

Durante os testes da bobina 100, constatou-se que a relação entre sinal e ruído (SNR) não era tão alta quanto a desejada, embora fosse superior às bobinas endorretais. Além disso, as imagens obtidas utilizando esta bobina 100 produziram artefatos indesejáveis do tipo imagem-fantasma, que serão discutidos mais detalhadamente a seguir.

Da mesma forma, uma segunda modalidade da bobina foi desenvolvida para tentar obter um SNR melhor. Com referência à FIG. 7, este bobina, geralmente designado 200, indica uma primeira espira da bobina 202 e uma segunda espira da bobina 204. O par de espiras da bobina 202 e 204 é ordenado em uma configuração de varredura de fase e cada uma delas recebe sinais de MR da região de interesse a ela correspondente. A primeira espira da bobina 202 inclui um capacitor de excitação 206 e um capacitor de sintonia 208. O capacitor de sintonia 208 possui um valor selecionado de modo a produzir ressonância com a primeira espira da bobina 202 na frequência operacional do sistema de MR. A segunda espira da bobina 202 inclui um capacitor de excitação 210 e um capacitor de sintonia 212. O capacitor de sintonia 212 possui um valor selecionado de modo a produzir res28/49 sonância com a segunda espira da bobina 204 na frequência operacional do sistema de MR.

A bobina 200 inclui também uma linha de saída 214 que inclui dois cabos coaxiais 216 e 218. O primeiro cabo coaxial 216 é conectado em uma primeira extremidade do mesmo através do primeiro capacitor de excitação 206, e o segundo cabo coaxial 218 é conectado a uma primeira extremidade de cada uma através do segundo capacitor de excitação 210, de modo que cada um dos capacitores de excitação 206 e 210 sejam aterrados separadamente. Esta configuração pode ser denominada configuração híbrida com sobreposição. Uma tomada padrão acondiciona os condutores de ambos os cabos na segunda extremidade dos mesmos, por exemplo, nos condutores centrais e blindagens de cada cabo 216 e 218, de modo que a linha de saída 214 possa ser conectada a uma tomada adequada ou outro tipo de conector para o dispositivo de interface. A linha de saída 214 também deve possuir comprimento elétrico igual a Sl+ η(λ/4) pelos motivos descritos acima.

Da mesma forma, a segunda modalidade da bobina 200 inclui também dois elementos (ou seja, a primeira espira da bobina 202 e a segunda espira da bobina 204) e é configurado para produzir uma saída com quatro canais. Mais especificamente, a bobina 200 é configurada para fornecer um primeiro canal de saída representativo da espira inteira e um segundo canal de saída representativo do modo sela/borboleta. Além disso, e dependendo da modalidade do divisor de RF no dispositivo de interface discutido a seguir, um terceiro canal de saída pode ser fornecido para obter um sinal da espira esquerda, e um quarto canal de saída pode ser fornecido para obter um sinal da espira direita.

Entretanto, durante testes da bobina 200, embora se tenha obtido com essa configuração de bobina uma SNR melhor que com a primeira modalidade da bobina 100, as imagens obtidas com esse bobina 200 continuaram a apresentar artefatos indesejáveis de imagens-fantasma.

Um subproduto indesejável d as bobinas endorretais ilustradas nas FIGs. 6 e 7 em uso típico é a intensidade de sinal excessiva próximo ao

29/49 condutor da bobina devido à proximidade entre o condutor da bobina e as paredes do tecido retal. A intensidade do sinal foi muito superior às intensidades de sinal geralmente obtidas no trajeto do sinal analógico, e isso pode produzir efeitos indesejáveis, como o artefato de Gibbs, que pode se manifestar como imagens fantasmas, mesmo que o indivíduo examinado se mantenha imóvel. Este artefato varia de acordo com o fabricante do equipamento porque o grau de pós-processamento empregado é variável e tende a ser mais evidente em equipamentos e sistemas processadores de sinais mais antigos. Outros efeitos são a saturação do sinal, em que o contraste próximo à superfície do condutor é mínimo e, portanto, não são obtidas imagens clinicamente úteis.

Com referência à FIG. 8, um exemplo de imagem produzida por um sistema de MR utilizando a bobina da FIG. 6 ou da FIG. 7, que ilustra os artefatos de imagem-fantasma produzidos na imagem. Esses artefatos de imagem-fantasma 250 possuem o aspecto de pequenos anéis luminosos que surgem do local onde a bobina é posicionada. Os artefatos de imagemfantasma também são denominados artefatos de movimento na literatura. Entretanto, tais artefatos são produzidos em imagens geradas pelas bobinas nas FIGS. 6 e 7 mesmo na ausência de movimento. Esses artefatos podem ser classificados como artefatos de Gibbs ou artefatos de borda/transição/'ringing', pois são observados devido ao fenômeno de Gibbs quando ocorre variação súbita ou abrupta do nível do sinal no estágio de entrada do processamento de imagem.

O fenômeno de Gibbs recebeu esse nome devido ao físico americano, J. Willard Gibbs, e corresponde ao modo como a série de Fourier de uma função periódica continuamente diferenciável por partes se comporta em uma descontinuidade formada por um sobressalto. O fenômeno de Gibbs pode ser considerado o resultado da convolução da função do degrau de Heaviside (se a periodicidade não for necessária) ou de uma onda quadrada (se periódica) com uma função sinc. As oscilações da função sinc introduzem as ondulações na saída.

Em uma imagem de MR, o fenômeno de Gibbs produz artefatos

30/49 quando há regiões adjacentes com sinais de intensidades muito diferentes. Os artefatos de Gibbs consistem em linhas brilhantes ou escuras paralelas e adjacentes aos limites onde ocorrem mudanças abruptas de intensidade (ver elemento 250 na FIG. 8). Esses artefatos estão relacionados com o número finito de etapas de codificação utilizados na transformada de Fourier ao reconstruir a imagem.

Verificou-se que os artefatos de Gibbs aumentam quando a transição entre os níveis de sinal é mais acentuada. As bobinas 100 e 200 ambas possuem um condutor comum. O projeto com um condutor comum produz SNR significativamente maior que os projetos de bobina anteriores. Entretanto, essas bobinas também apresentam transição de intensidade de sinal muito mais acentuada que outros projetos de bobina atuais. A presença desses artefatos pode ser reduzida modificando-se o software e/ou o hardware do equipamento de MR do sistema de MR. Por exemplo, um mecanismo de filtragem aperfeiçoado, como um filtro passa-baixa, pode ser fornecido ao nível do equipamento para reduzir a ondulação após transição de uma região de baixa intensidade de sinal para uma região com intensidade de sinal elevada. Além disso, o software do equipamento de MR ou do sistema de MR também pode ser reformulado para utilizar um algoritmo de compensação que vise a cancelar artefatos de Gibbs ou de 'ringing'. Ambas essas soluções são indesejáveis porque requerem reconfigurações dispendiosas do equipamento de MR. Uma solução preferida para reduzir os artefatos de Gibbs é alterar o projeto da bobina, pois as bobinas são de baixo custo e descartáveis.

Portanto, vários testes permitiram constatar que é possível modificar a bobina e o dispositivo de interface de modo a reduzir drasticamente a presença de artefatos de Gibbs. Primeiro, descobriu-se que afastar a bobina da superfície reduz o nível de transição. Da mesma forma, com referência às FIGS. 9 e 10, cada um dos projetos de bobina aqui discutidos inclui um material espaçador colocado em posição adjacente à superfície anterior da bobina. Por exemplo, o material espaçador pode incluir três tiras 220, 222 e 224. As tiras de material espaçador 220, 222 e 224 possuem espessura a31/49 dequada para manter uma distância pré-determinada entre h-i e h₂ entre a bobina e a região a ser examinada, como a próstata, enquanto a sonda intracavitária encontra-se, junto com a bobina, inserida em uma cavidade do paciente, como por exemplo, o reto. A tira de material espaçador 222 fornecida na sobreposição das espiras da bobina possui espessura maior que as tiras de material espaçador 220 e 224 na parte externa das espiras da bobina, pois os artefatos produzidos nesta região são mais intensos que os artefatos produzidos nas bordas. A distância pré-determinada fornecida pelo material espaçador é tipicamente de 0,03 polegadas a 1,524 mm (0,06 polegada). O material espaçador pode ser qualquer material que não seja detectado por um sistema de MR, como um material de espuma. Embora a utilização de tiras de material espaçador tenha sido descrita acima, uma tira contínua de material espaçador também pode ser utilizada.

Afastando a bobina da superfície, a transição de uma região com intensidade de sinal baixa para outra com intensidade de sinal elevada é reduzida, diminuindo assim os artefatos de Gibbs. Mais especificamente, a bobina endorretal em sua presente forma consiste em um par de espiras da bobina em um substrato, apoiado e encerrado em um balão biocompatível. O balão é projetado para ser inflado e pressionar as espiras da bobina contra a parede retal de modo a garantir o posicionamento correto da bobina e manter o contato, permitindo obter as melhores imagens da glândula próstata (no caso desta aplicação). O fato de que a espessura da parede do balão que cobre o elemento da bobina é muito pequena (0,254 mm (0,01 polegada) ou menos) mantém os condutores da bobina próximos à parede retal.

Um fenômeno conhecido em campos magnéticos (é que eles seguem a lei do inverso do quadrado, que portanto também explica a intensidade de sinal resultante ao longo do trajeto da interface e do sinal do equipamento) que, quando aplicada a esse caso, significa que a intensidade do sinal é inversamente proporcional ao quadrado da distância até o condutor da bobina. Em termos práticos, isso significa que dobrar a distância entre o condutor da bobina e a parte mais próxima da anatomia do paciente e o condutor da bobina torna a intensidade do sinal 1/4 do nível anterior para a

32/49 anatomia em questão, enquanto a redução do sinal torna-se menos aparente quanto maior a distância medida em um ângulo reto entre a região examinada e o plano dos condutores da bobina.

Portanto, utilizando-se, por exemplo, um espaçamento arbitrário entre bobinas condutores de 0,254 mm (0,010 polegada) e um nível de sinal de 36.000 unidades (mensurado como valor do pixel de uma pequena região em um fantoma de imagem representativo da anatomia do paciente na região mais próxima ao condutor da bobina endorretal), a intensidade do sinal diminuirá para 9.000 unidades na mesma região se o espaçamento for aumentado para 0.508 mm (0,020 polegada). Portanto, um espaçamento predeterminado na porção superior do condutor da bobina reduzirá a variação da intensidade do sinal na região proximal do volume de imagem, atuando favoravelmente para reduzir artefatos como os artefatos de Gibbs,

Além disso, descobriu-se que o sinal podería ser reduzido, com redução adicional da relação entre sinal e ruído, diminuindo-se ao mesmo tempo artefatos ao realizar pequenas mudanças no dispositivo de interface. Primeiro, o dispositivo de interface inclui um par de pré-amplificadores, como será discutido mais detalhadamente adiante. Constatou-se que fornecer aos pré-amplificadores uma tensão de alimentação pré-determinada e reduzida em vez da tensão de alimentação nominal dos pré-amplificadores reduz a intensidade do sinal produzido pela bobina, mas que a redução do sinal é acompanhada de uma redução maior do ruído.; Assim, a SNR é aumentada. Por exemplo, esses pré-amplificadores são geralmente fornecidos com uma tensão de alimentação de 10V. Constatou-se que diminuir a tensão de alimentação do pré-amplificador para 5V e colocar um atenuador com atenuação entre 3dB e 9dB após os pré-amplificadores reduz a intensidade do sinal produzido pela bobina. Entretanto, esta redução de sinal é acompanhada por uma redução maior do ruído. Assim, a SNR é aumentada.

Finalmente, quando a bobina é afastada da superfície e o préamplificador é utilizado com tensão de alimentação de 5V, isso diminui significativamente os artefatos de Gibbs produzidos na imagem, com diminuição maior que a obtida com os projetos atuais de bobina. Da mesma forma, des33/49 cobriu-se que a redução da intensidade do sinal associada a diminuição de artefatos sem comprometimento do SNR podia ser obtida utilizando-se uma bobina com duas espiras sobrepostas no qual as duas espiras não apresentam um condutor comum ou um aterramento comum.

Mais especificamente, e com referência à FIG. 11, uma terceira modalidade da bobina endorretal, geralmente designada 300, inclui uma primeira espira de bobina 302 e uma segunda espira de bobina 304 O par de espiras da bobina 302 e 304 é ordenado em uma configuração de varredura de fase e cada uma delas recebe sinais de MR da região de interesse a ela correspondente. A primeira espira da bobina 302 inclui um capacitor de excitação 306 e um capacitor de sintonia 308. O capacitor de sintonia 308 possui um valor selecionado de modo a produzir ressonância com a primeira espira da bobina 302 na frequência operacional do sistema de MR. A segunda espira da bobina 304 inclui um capacitor de excitação 310 e um capacitor de sintonia 312. O capacitor de sintonia 312 possui um valor selecionado de modo a produzir ressonância com a segunda espira da bobina 304 na frequência operacional do sistema de MR.

A bobina 300 inclui também uma linha de saída 314 que inclui dois cabos coaxiais 316 e 318. O primeiro cabo coaxial 316 é conectado em uma primeira extremidade do mesmo através do primeiro capacitor de excitação 306, e o segundo cabo coaxial 318 é conectado a uma primeira extremidade de cada uma através do segundo capacitor de excitação 310, de modo que cada um dos capacitores de excitação 306 e 310 sejam aterrados separadamente.

Da mesma forma, a terceira modalidade da bobina 300 inclui também dois elementos (ou seja, a primeira espira da bobina 302 e a segunda espira da bobina 304) e é configurado para produzir uma saída com quatro canais. Mais especificamente, a bobina 300 é configurado para fornecer um primeiro canal de saída representativo da espira inteira e um segundo canal de saída representativo do modo sela/borboleta. Além disso, e dependendo da configuração do divisor de RF no dispositivo de interface discutido a seguir, um terceiro canal de saída pode ser fornecido para obter um

34/49 sinal da espira esquerda, e um quarto canal de saída pode ser fornecido para obter um sinal da espira direita.

Um plugue padrão 320 acondiciona os condutores de ambos os cabos na segunda extremidade dos mesmos, por exemplo, nos condutores centrais e blindagens de cada cabo 316 e 318, de modo que a linha de saída 314 possa ser conectada a uma tomada adequada ou outro tipo de conector para o dispositivo de interface.

Descobriu-se também que as modalidades descritas anteriormente da bobina não foram projetadas para operar em limites seguros de taxa de absorção específica SAR, (specific absorption rate). Portanto, necessitam-se outros circuitos de desacoplamento para proporcionar limites seguros de SAR. Mais especificamente, um primeiro circuito de desacoplamento 322 ativo é conectado através do capacitor de sintonia 308 da primeira espira da bobina 302, e um segundo circuito de desacoplamento ativo 324 é conectado através do capacitor de sintonia 312 da segunda espira da bobina 304. Cada um desses circuitos de desacoplamento 322, 324 inclui um diodo PIN 326, 330 e um indutor 328, 332 fornecidos em série. Durante o ciclo de transmissão, o dispositivo de interface é configurado para aplicar aos diodos PIN 326, 330 uma tensão de polarização no sentido direto, abrindo assim a bobina devido à ressonância paralela. Além disso, um primeiro circuito de desacoplamento passivo 334 é fornecido na segunda extremidade do primeiro cabo coaxial 316, e um segundo circuito de desacoplamento passivo 336 é fornecido na segunda extremidade do segundo cabo coaxial 318. Cada um desses circuitos de desacoplamento passivos 334, 336 inclui diodos em série conectados 'back-to-back' 338, 342 e um capacitor 340, 344. Os circuitos de desacoplamento passivos 334, 336 são configurados para conduzirem resposta ás voltagens mais elevadas induzidas pelo campo de excitação de RF. A utilização desses circuitos de desacoplamento passivos 334, 336 elimina a necessidade de que a linha de saída 314 apresente comprimento elétrico S_L + η(λ/4). Da mesma forma, a linha de saída 314 pode ter qualquer comprimento elétrico praticável.

Uma configuração alternativa a bobina endorretal de acordo com

35/49 uma quarta modalidade da presente invenção é ilustrada nas FIGS. 12, 13A e 13B. A bobina endorretal, geralmente designado como 400, contém uma primeira espira da bobina 402 e uma segunda espira da bobina 404. O par de espiras da bobina 402 e 404 é ordenado em uma configuração de varredura de fase e cada uma delas recebe sinais de MR da região de interesse a ela correspondente. A primeira espira da bobina 402 inclui um capacitor de excitação 406 e um capacitor de sintonia 408. O capacitor de sintonia 408 possui um valor selecionado de modo a produzir ressonância com a primeira espira da bobina 402 na frequência operacional do sistema de MR. A segunda espira da bobina 404 inclui um capacitor de excitação 410 e um capacitor de sintonia 412. O capacitor de sintonia 412 possui um valor selecionado de modo a produzir ressonância com a segunda espira da bobina 404 na frequência operacional do sistema de MRI.

A bobina 400 inclui também uma linha de saída 414 que inclui dois cabos coaxiais 416 e 418. O primeiro cabo coaxial 416 é conectado em uma primeira extremidade do mesmo através do primeiro capacitor de excitação 406, e o segundo cabo coaxial 418 é conectado a uma primeira extremidade de cada uma através do segundo capacitor de excitação 410, de modo que cada um dos capacitores de excitação 406 e 410 sejam aterrados separadamente.

Da mesma forma, a terceira modalidade da bobina 400 inclui também dois elementos (ou seja, a primeira espira da bobina 402 e a segunda espira da bobina 404) e é configurado para produzir uma saída com quatro canais. Mais especificamente, a bobina 400 é configurada para fornecer um primeiro canal de saída representativo da espira inteira e um segundo canal de saída representativo do modo sela/borboleta. Além disso, e dependendo da configuração do divisor de RF no dispositivo de interface discutido a seguir, um terceiro canal de saída pode ser fornecido para obter um sinal da espira esquerda, e um quarto canal de saída pode ser fornecido para obter um sinal da espira direita. Cada um dos modos a seguir é discutido mais detalhadamente abaixo com referência às FIGS. 15-22.

A bobina 400 também inclui um primeiro circuito de desacopla36/49 mento passivo 422 conectado através do capacitor de sintonia 408 da primeira espira da bobina 402, e um segundo circuito de desacoplamento passivo 424 conectado através do capacitor de sintonia 412 da segunda espira da bobina 404. Cada um desses circuitos de desacoplamento passivos 422, 424 inclui diodos em série conectados 'back-to-back' 426, 430 e um indutor 428, 432. Os circuitos de desacoplamento passivos 422, 424 são configurados para conduzirem resposta às tensões mais elevadas induzidas pelo campo de excitação de RF. Da mesma forma, os circuitos de desacoplamento passivo 422, 424 fazem a bobina funcionar como um circuito aberto durante o ciclo de transmissão de RF. Deve-se notar que as combinações de diodos dos circuitos de desacoplamento passivos 422, 424 também podiam proporcionar a funcionalidade de um diodo de desacoplamento ativo. Da mesma forma, embora a FIG. 12 mostre apenas um par de circuitos de desacoplamento passivos 422, 424, os versados na técnica logo perceberão que tais circuitos de desacoplamento passivos 422, 424 podem ser configurados como circuitos de desacoplamento ativos ou passivos.

Com referência específica às FIGS. 13A e 13B e ainda em referência à FIG. 12, uma tomada padrão 434 acondiciona os condutores de ambos os cabos 416 e 418 da linha de saída 414 na segunda extremidade de, por exemplo, condutores centrais e de blindagem de cada cabo 416 e 418. A linha de saída 414 também pode ser acoplada a um cabo 436 para facilitar o manuseio da sonda intracavitária. A necessidade de uma linha de saída 414 com comprimento elétrico de S_L + η(λ/4) é eliminada na presente modalidade adicionando-se um condutor intermediário 438. O condutor intermediário 438 possui um conector de entrada 440 correspondente à tomada e para conexão à mesma 434 da linha de saída 414 e um conector de saída 442 para conexão a um dispositivo de interface 500. O condutor intermediário 438 inclui também um par de cabos internos para conexão a cada extremidade dos mesmos de, respectivamente, cabos coaxiais 416 e 418 da sonda intracavitária através do conector de entrada 440 e aproximar a outra extremidade dos mesmos do dispositivo de interface 500 através do conector de saída 442. Um par de baluns 444 também é fornecido. Cada um dos

37/49 baluns 444 é interconectado entre uma extremidade de um dos cabos internos e o conector de entrada 440. Deve-se notar ainda que o par de baluns 444 também podería ser conectado entre a extremidade de um dos cabos internos e o conector de saída 442 tanto na ponta de entrada com na de saída do condutor intermediário 438. O condutor intermediário 438 inclui também um ou mais 'cable traps' 446, sendo preferível dois 'cable traps' 446 conforme mostrado na FIG. 13B conectados ao mesmo. Os 'cable traps' 446 evitam fluxos de corrente indesejáveis a partir dos conectores da blindagem do par de cabos externos dos condutores intermediários. O dispositivo de interface 500 é conectado ao sistema de MR através de um cabo 448 e de um conector 450. O cabo 448 pode possuir um 'cable trap' 452 em tal posição.

Como é desejável que a sonda intracavitária seja pequena, flexível e resistente a danos e o projeto deve minimizar a possibilidade de que qualquer componente interno ultrapasse o balão de invólucro em que ela é alojada, cada uma das bobinas discutidas anteriormente poderá ser construído de material dielétrico fino e flexível com padrões de cobre aplicados a ambos os lados de forma a criar não apenas trilhas condutoras, mas também todos os capacitores necessários para sintonia e desacoplamento. Outrossim, como se pretende que cada um das bobinas seja oferecido como parte integral de uma sonda intracavitária descartável de uso único, tal técnica de fabricação deverá contribuir para a obtenção de economias significativas durante a fabricação das sondas. Isto ocorre porque o processo de fabricação de bobinas pré-impressas requer muito menos trabalho e menos tempo de inspeção do produto acabado que bobinas fabricadas a partir de componentes discretos.

O esquema de desacoplamento passivo mais eficaz para a bobina endorretal de duas espiras aqui revelado é utilizar um conjunto com quatro diodos de silício PIN não magnéticos pré-embalados em série com uma indutância apropriada para criar uma impedância de bloqueio através do capacitor de sintonia de cada espira, conforme mostrado na FIG. 12. Entretanto, esta solução é cara demais para a bobina endorretal, que é um dis38/49 positivo destinado a uso único, que deve ser descartado após um único procedimento de imagem.

Para proporcionar um método seguro, porém custo-eficiente de desacoplamento passivo, empregou-se para a bobina endorretal um método alternativo, ilustrado na FIG. 11. Os circuitos de desacoplamento passivos 334, 336 compreendem um capacitor em chip em série com um diodo de sinal antiparalelo de baixo custo (neste caso, por exemplo, a peça era um BAV-99) conectados entre o condutor central e a blindagem de cada um dos cabos coaxiais da bobina em uma pequena placa de circuito impresso, na qual também é montada a tomada de RF da bobina 320. O valor do capacitor em chip foi escolhido de modo a produzir, em combinação com o comprimento da conexão do cabo coaxial de 8,5 polegadas (24 graus a 64 MHz), uma reatância indutiva igual à reatância capacitiva do capacitor de excitação da bobina, que produziría um circuito de bloqueio por ressonância paralela na espira da bobina sempre que o diodo conduzisse.

Na remota possibilidade de um paciente ser examinado com a bobina endorretal sem o dispositivo de interface dedicado (que contém os circuitos de detecção do tipo de bobina e de potencial de desacoplamento ativo), as espiras da bobina se acoplam à bobina transmissora do equipamento gerando uma pequena tensão de RF, que se propaga a partir dos elementos da bobina para os diodos de sinal através do cabo coaxial e do capacitor em chip. À medida que a tensão supera o limiar de condução do par de diodos, eles começam a conduzir, atuando como resistores ligados em série ao capacitor. Isso resulta em uma impedância de bloqueio, que aumenta no capacitor de excitação, diminuindo a corrente na espira; Podese deduzir que aumentos crescentes na energia de RF aplicada à espira promovem mais condução através dos diodos, até que cheguem à condução plena. Neste ponto de equilíbrio, a espira serve como fonte de tensão, e a maioria da energia absorvida distribui-se entre o capacitor de excitação, o cabo coaxial (que atua como uma indutância com perda), o capacitor de desacoplamento em chip e o par de diodos.

Este método deve ser testado e implementado cuidadosamente,

39/49 mensurando-se as temperaturas dos vários componentes e da própria espira da bobina, para garantir que o ponto de equilíbrio não acarrete aquecimento excessivo dos componentes ou SAR excessivo gerado pela espira da bobina. De qualquer forma, este método serve como medida de segurança contra uma segunda falha, e não se espera que essa ocorrência seja frequente.

Este método confere também uma vantagem de custo, pois o par de diodos e o capacitor de desacoplamento se encontram afastados o bastante da região da qual será produzida a imagem para que a utilização de componentes disponíveis comercialmente com ligeiras propriedades magnéticas seja aceitável. Da mesma forma, a configuração de bobina mostrada na FIG. 11 é a modalidade preferida atualmente.

Com referência à FIG. 14 e ainda em referência às FIGS. 12, 13A e 13B, uma modalidade do dispositivo de interface 500 para criação de interface entre a bobina 400 e a(s) porta(s) de saída apropriadas em um sistema de MRI de 1,5T é ilustrada.

O dispositivo de interface 500 inclui redes de pré-amplificadores 502 e 504, redes de divisores de sinal 506, 508, 510 e 512, uma rede de combinação de 180 graus 514 e uma rede de combinação de zero grau 516. São fornecidos atenuadores (não mostrados) para produzir atenuação nominal do sinal entre 3dB a 9dB. Os atenuadores podem ser posicionados em pelo menos uma das seguintes localidades, (a) entre a primeira rede de préamplificadores 502 e a primeira rede de divisores de sinal 506; (b) entre a segunda rede de pré-amplificadores 504 e a segunda rede de divisores de sinal 508; (c) depois da primeira rede de divisores de sinal 506; e (d) depois da segunda rede de divisores de sinal 508. O divisor de sinal e as redes de combinação podem ser implementados utilizando-se projetos padrão do tipo Wilkinson, e a configuração ideal das redes de pré-amplificadores produz ganho de 28dB. As redes de pré-amplificadores 502 e 504 podem ser implementadas utilizando-se unidades miniatura de baixo ruído e ganho de 28dB disponíveis comercialmente com circuito de entrada sintonizado projetado para evitar impedâncias baixas (Ω real) na frequência de Larmor. A

40/49 proximidade com as redes de pré-amplificadores 502 e 504 e com os respectivos diodos PIN 518, 520 (ver FIG. 16) permite obter algum isolamento durante o ciclo de recebimento dos outras bobinas de superfície (ou sequências de tais bobinas) utilizados em conjunto com a bobina 400 porque tais redes apresentam baixa impedância. O dispositivo de interface 500 inclui redes de diodos de proteção passiva para evitar que voltagens RF excessivas danifiquem as redes de pré-amplificadores 502 e 504 durante a fase de transmissão de RF se o dispositivo de interface 500 for desconectado enquanto estiver na abertura do sistema de MR durante o ciclo de transmissão. Essas redes de diodos também proporcionam parte do desacoplamento da bobina na mesma situação.

As redes de divisores de energia 506 e 508 são utilizadas como divisores de 50 ohm/0 grau nas saídas das redes de pré-amplificadores 502 e 504. As redes de divisores de energia 510 e 512 também são utilizadas como divisores de 50 ohm/0 grau em uma saída de cada uma das redes de divisores de energia 506 e 508. A outra saída de cada rede divisora de energia 506 e 508 é enviada diretamente a um 'cable trap' 522 que direciona a saída para um dentre quatro canais 524, 526, 528 e 530. As duas redes de combinação 514 e 516 também são configuradas com dispositivos de 50 ohms. Como resultado, essas quatro redes podem ser interconectadas conforme mostrado por meio de quatro cabos coaxiais de 50 ohms, tiras em placas de circuito impresso, microtiras ou outro meio de linha de transmissão com comprimento de fase idênticos Além disso, as saídas das duas redes de combinação 514 e 516 é fornecida como um par de redes de chaveamento 532 e 534, que direcionam o sinal para o canal apropriado ou, alternativamente a uma redes de combinação híbrida de 90 graus 536 se o equipamento ou sistema de MR for configurado para operar em modo de espectroscopia.

Como deve ficar evidente a partir da descrição acima da presente invenção, as bobinas endorretais aqui revelados apresentam uma composição de dois elementos configurados para receber correntes de radiofrequência (RF) de toda a geometria e, usando divisores e combinadores apro41/49 priados em um dispositivo de interface, transformado em um dispositivo com quatro canais de saída. Mais especificamente, o esquema com dois elementos e condutor comum aqui revelado pode produzir combinações de duas espiras ou combinação de espira e sela de acordo coma as redes de combinação a partir dos mesmos pontos de alimentação. Além disso, ambos esses padrões de campo específicos podem ser obtidos separadamente, de modo que se possa obter quatro (4) canais únicos com padrões de radiação únicos associados com a distribuição de correntes RF. Os possuidores de habilidade comuna na técnica perceberão que isso pode ser estendido criando várias outras redes combinadoras de fases e obtendo sinais úteis além do mencionado acima. Existem diversas outras possibilidades para obter vários padrões de campo baseados em redes de divisão e combinação e obter mais de 2 (3, 4, 6, 8, etc.) canais de saída individuais. Também é possível estender esta teoria a mais de dois elementos e obter a mesma vantagem de aumento do número de canais de saída, e demonstrou-se que isso permite obter níveis melhores de SNR que a combinação simples de dois elementos.

Também é evidente, diante do número maior de receptores disponíveis em equipamentos de MR modernos, que é possível utilizar a tecnologia revelada para construir configurações de bobinas com número menor de unidades a fim de empregar o número menor de elementos de imagem para criar sistemas de imagem com mais canais, reduzindo assim os custos. Por exemplo, uma bobina de correntes com 16 elementos utiliza 16 préamplificadores no dispositivo de interface, mesmo para uma saída multiplexada de 8 canais ou saída combinada. Utilizando a teoria da presente invenção, uma bobina com 16 elementos necessitaria apenas de 8 préamplificadores para obter uma saída de 16 canais. Isso reduziría significativamente a complexidade dos circuitos, pois o número de pré-amplificadores e circuitos associados diminui para a metade; facilitaria o manuseio dos cabos, pois o número de cabos de RF a serem manuseados diminui para a metade; mais barato de fabricar; mais fácil de fabricar e sintonizar, mas seu desempenho seria otimizado para a região de interesse selecionada. Além

42/49 disso, tais configurações de bobinas aumentariam a profundidade de penetração em relação ás bobinas atuais, pois é bem conhecido na técnica que bobinas maiores proporcionam maior profundidade de penetração.

Tendo apresentado os componentes da presente invenção, a operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 em vários modos serão discutidos a seguir com referência às FIGS. 13-19. Embora a descrição a seguir baseie-se na bobina 400 ilustrada na FIG. 12, esta descrição aplica-se também às modalidades da bobina descritas nas FIGS. 6, 7 e 11. Modo de espira esquerda

Com referência às FIGS. 15 e 16A-16C, a operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 no modo de espira esquerda será descrito a seguir. Durante o modo de transmissão, o diodo PIN 518 é acionado por um sinal originário da corrente de polarização do diodo PIN 538 (ver FIG. 16C). Este diodo PIN 518 proporciona um circuito de aterramento RF, que se reflete como circuito aberto ao nível do cabo coaxial 416. Da mesma forma, a primeira espira da bobina 402 é isolada e aparece no fantoma na FIG. 15.

Conforme mostrado na FIG. 15, durante o ciclo de recebimento a corrente aparece apenas fluindo em direção à segunda espira da bobina 404 porque o diodo PIN 518 age como circuito aberto de RF e ajuda a isolar a primeira espira da bobina 402. Da mesma forma, a corrente flui na segunda espira da bobina 404 conforme mostrado pela seta I_Ll, conforme mostrado na FIG. 15.

Com referência às FIGS. 16A-16C, o modo em que o dispositivo de interface 500 processa os sinais de tensão recebidos do cabo coaxial 418 é aqui descrito. O sinal do capacitor de excitação 410 é enviado inicialmente através da rede de pré-amplificadores 504, que amplifica o sinal de tensão e passa a versão amplificada resultante à rede de divisores de sinal 508. Uma das saídas do divisor de sinal 508 é fornecida a uma segunda rede de divisores de sinal 512 e a outra a um 'cable trap' 522. O 'cable trap' 522 envia este sinal ao quarto canal de saída 530, representando o sinal da espira esquerda.

O fluxo de corrente através do dispositivo de interface 500 no

43/49 modo de espira esquerda é mostrado pela seta l_LLnas FIGS. 16A-16C.

Modo de espira direita

Com referência às FIGS. 17 e 18A-18C, a operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 no modo de espira direita será descrito a seguir. Durante o modo de transmissão, o diodo PIN 520 é acionado por um sinal originário da corrente de polarização do diodo PIN 538 (ver FIG. 18C). Este diodo PIN 520 proporciona um circuito de aterramento RF, que se reflete como circuito aberto ao nível do cabo coaxial 418. Da mesma forma, a primeira espira da bobina 404 é isolada e aparece no fantoma na FIG. 17.

Conforme mostrado na FIG. 17, durante o ciclo de recebimento a corrente aparece apenas fluindo em direção à segunda espira da bobina 402 porque o diodo PIN 520 age como circuito aberto de RF e ajuda a isolar a primeira espira da bobina 404. Da mesma forma, a corrente flui na segunda espira da bobina 402 conforme mostrado pela seta Irl, conforme mostrado na FIG. 17.

Com referência às FIGS. 18A-18C, o modo em que o dispositivo de interface 500 processa os sinais de tensão recebidos do cabo coaxial 416 é aqui descrito. O sinal do capacitor de excitação 406 é enviado inicialmente através da rede de pré-amplificadores 502, que amplifica o sinal de tensão e passa a versão amplificada resultante à rede de divisores de sinal 506. Uma das saídas do divisor de sinal 506 é fornecida a uma segunda rede de divisores de sinal 510 e a outra a um 'cable trap' 522. O 'cable trap' 522 envia este sinal ao quarto canal de saída 528, representando o sinal da espira esquerda.

O fluxo de corrente através do dispositivo de interface 500 no modo de espira esquerda é mostrado pela seta Irl nas FIGS. 18A-18C. Modo espira direita e modo espira esquerda ou modo LL

A operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 no modo de espira esquerda será descrito a seguir. Durante o ciclo de recebimento em operação no modo LL, a bobina 400 opera da mesma forma descrita anteriormente, tanto no modo espira direita como no modo espira esquerda. Entretanto, o dispositivo de interface 500 funciona de forma ligeira44/49 mente diferente. Em vez de acionar um dos diodos PIN 518 e 520 utilizando um sinal de polarização de um diodo PIN 538, ambos os diodos PIN 518 e 520 permanecem desligados, de modo que o sinal da espira direita e o sinal da espira esquerda cheguem, conforme descrito anteriormente, ao terceiro canal de saída 528 e ao quarto canal de saída 530, respectivamente. Assim, um sinal de dois canais é enviado ao equipamento.

Modo espira inteira

Com referência às FIGS. 19 e 20A-20C, a corrente induzida pelos sinais de MR em orientação vertical durante o ciclo de recebimento com uma espira externa da bobina 400 pode ser representado por l_WL, pois é esta a corrente de sinal que entra e sai da espira.

Nesta configuração, como a corrente Iwl flui pela primeira espira da bobina402 e pela segunda espira da bobina 404, não há fluxo de corrente pela borda direita da segunda espira da bobina 404 nem pela borda esquerda de primeira espira da bobina 402. Da mesma forma, a borda direita da segunda espira da bobina 404 e a borda esquerda da primeira espira da bobina 402 atuam como circuitos abertos em relação à corrente que flui na espira externa, conforme mostrado pelas setas Iwl· Portanto, a borda direita da segunda espira da bobina 404 e a borda esquerda da primeira espira da bobina 402 são ilustradas no fantoma na FIG. 19.

Tendo concluído a discussão do modo em que a corrente flui pela bobina 400 durante o ciclo de recebimento no modo espira inteira, será descrita agora a operação do dispositivo de interface 500 durante o ciclo de recebimento do sistema de MR em que o modo espira inteira será descrito, com referência específica às FIGS. 20A-20C. A bobina 400 emite sinais de tensão representativos dos sinais de MR, tanto os de orientação horizontal como os de orientação vertical. Para facilitar a descrição, os sinais de tensão representativos de sinais de MR de orientação horizontal são aqui referidos como sinais de tensão horizontais a 0 grau porque apresentam a mesma fase em cada porta. Os sinais de tensão representativos de sinais de MR com orientação vertical são aqui denominados sinais de tensão verticais a 0 grau se presentes no capacitor de excitação 406 da primeira espira da bo45/49 bina 402 e sinais de tensão verticais a 180 graus se produzidos no capacitor de excitação 410 da segunda espira da bobina 404.

Ainda em referência às FIGS. 20A-20C, o modo em que o dispositivo de interface 500 processa os sinais de tensão recebidos do cabo coaxial 416 e 418 é aqui descrito. Cada uma das redes de préamplificadores 502 e 504 amplifica os sinais de tensão que recebem e enviam versões amplificadas desses sinais à primeira e à segunda rede de divisores de sinal 506 e 508, respectivamente. Os sinais da primeira e da segunda rede divisora de sinal 506 e 508 são então enviados à terceira e à quarta redes divisoras de potência 510 e 512, de modo que os sinais aí produzidos são posteriormente enviados à rede de combinação a 0 grau 516. Como os sinais de tensão horizontal recebidos das redes divisoras de potência 506 e 508 estão em fase, a redes de combinação 516 a zero grau pode reconstruí-los de forma construtiva. Ao mesmo tempo, a redes de combinação a zero grau 516 também cancela os sinais de tensão vertical a 90 graus recebidos da rede de divisores de sinal 506 com os sinais de tensão vertical a -90 graus recebidos da rede divisora de sinal 508. Assim, produzse um sinal de espira inteira que é enviado pela rede de chaveamento 534 para o 'cable trap' 522. O 'cable trap' 522 encaminha o sinal ao segundo canal de saída 526. O fluxo de corrente através do dispositivo de interface 500 no modo de espira esquerda é mostrado pela setas I_Wl nas FIGS. 20A-20C. Modo sela inteira

Com referência às FIGS. 21 e 22A-22C, a operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 no modo sela inteira será descrito a seguir. Conforme mostrado na FIG. 21, durante o ciclo de recebimento a espira 400 também é capaz de simular uma espira do tipo borboleta ou do tipo sela para detectar sinais de MR com orientação paralela ao plano da bobina 400. O esquema de sintonização da bobina 400 permite que a corrente de uma espira simples siga uma espira externa conforme discutido acima em relação ao modo espira inteira, mas também por determinadas passagens alternativas, incluindo elementos em rotação contrária, na espira externa, na borda direita da segunda espira da bobina 404 e na borda esquerda da pri46/49 meira espira da bobina 402 em várias combinações. Uma dessas combinações é o modo sela inteira, conforme mostrado na FIG. 21. O fluxo de corrente através da bobina no flui pela é mostrado pelas setas I_Sl na FIG. 21.

Assim, embora não seja formada fisicamente pela torção de uma espira condutora em sua porção central para criar duas subespiras com um ponto médio entre elas como realizado em bobinas descritas na técnica anterior, como aquele ilustrado na FIG. 2A, a estrutura da bobina da presente invenção é capaz de simular por meios elétricos o funcionamento de uma bobina em sela.

A fase dos sinais de tensão verticais detectados no capacitor de excitação 406 da primeira espira da bobina 402 no primeiro cabo coaxial 416 encontra-se 180 graus fora de fase com os sinais de tensão verticais detectáveis no capacitor de excitação 410 da segunda espira da bobina 404 no segundo cabo coaxial 418. O significado desta diferença de fase de 180 graus torna-se evidente em relação à operação do dispositivo de interface 500 discutido a seguir.

Tendo concluído a discussão do modo em que a corrente flui pela bobina 400 durante o ciclo de recebimento no flui pela, será descrita agora a operação do dispositivo de interface 500 durante o ciclo de recebimento do sistema de MR em que o flui pela será descrito, com referência específica às FIGS. 22A-22C. A bobina 400 emite sinais de tensão representativos dos sinais de MRI, tanto os de orientação horizontal como os de orientação vertical.

O modo em que o dispositivo de interface 500 processa os sinais de tensão recebidos do primeiro e do segundo cabos coaxiais 416 e 418 é aqui descrito. As redes de pré-amplificadores 502 e 504 amplificam os sinais de tensão que recebem e enviam versões amplificadas desses sinais à primeira e à segunda rede de divisores de sinal 506 e 508, respectivamente. Os sinais da primeira e da segunda rede divisora de sinal 506 e 508 são então enviados à terceira e à quarta redes divisoras de potência 510 e 512, de modo que os sinais aí produzidos são posteriormente enviados à rede de combinação a 180 graus 514. Como os sinais de tensão vertical recebidos

47/49 das redes divisoras de potência 510 e 512 estão defasados em 180 graus, a redes de combinação 514 a 180 graus pode reconstruí-los de forma construtiva. A rede de combinação a 180 graus 514 cancela os sinais de tensão horizontal recebidos da rede de divisores de sinal 510 com os sinais de tensão horizontal recebidos da rede divisora de sinal 512, pois são recebidos em fase. Assim, produz-se um sinal de espira em sela que é enviado pela rede de chaveamento 532 para o 'cable trap' 522. O 'cable trap' 522 encaminha o sinal ao segundo canal de saída 524. O fluxo de corrente através do dispositivo de interface 500 no modo de espira esquerda é mostrado pela setas l_SLnas FIGS. 22A-22C

Modos de espira inteira e de sela inteira

A operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 no flui pela será descrito a seguir. Durante o ciclo de recebimento em operação no modo espira inteira e sela inteira, a bobina 400 opera da mesma forma descrita anteriormente, tanto no modo espira direita como no modo espira esquerda. Entretanto, o dispositivo de interface 500 funciona de forma ligeiramente diferente. Em vez de ignorar a saída do primeiro canal 524 como no modo espira inteira ou ignorar a saída do segundo canal 526 como no modo sela inteira, um sinal de dois canais é enviado ao equipamento, representando os sinais tanto de espira inteira como de sela inteira, conforme descrito acima, que chega ao terceiro canal de saída 528 e ao quarto canal de saída 530, respectivamente. Assim, um sinal de dois canais é enviado ao equipamento.

Modos de espira direita, de espira esquerda, de espira inteira, de sela inteira ou de LLLS

O funcionamenta bobina de operação 400 e o dispositivo de interface 500 nos modos espira direita, espira esquerda, espira inteira, sela inteira ou LLLS será descrito a seguir. Durante o ciclo de recebimento em operação no modo LLLS, a bobina 400 opera da mesma forma descrita anteriormente nos modos espira direita, espira esquerda, espira inteira ou sela inteira. Além disso, o dispositivo de interface 500 é configurado para fornecer cada um desses sinais ao equipamento de modo que um sinal de quatro ca48/49 nais seja recebido pelo detector no sistema de MRI.

Modo de espira/sela para espectroscopia

A operação da bobina 400 e do dispositivo de interface 500 no modo de espira/sela para espectroscopia será descrito a seguir. Durante o ciclo de recebimento em operação nos modos de espira inteira ou sela inteira, a bobina 400 opera da mesma forma descrita anteriormente nos modos espira inteira ou sela inteira. Entretanto, o dispositivo de interface 500 funciona de forma ligeiramente diferente. O modo em que o dispositivo de interface 500 processa os sinais de tensão recebidos através dos cabos de saída 416 e 418 é aqui descrito. Cada uma das redes de pré-amplificadores 502 e 504 amplifica os sinais de tensão que recebem e enviam versões amplificadas desses sinais à primeira e à segunda rede de divisores de sinal 506 e 508, respectivamente. Os sinais da primeira e da segunda rede divisora de sinal 506 e 508 são então enviados à terceira e à quarta redes divisoras de potência 510 e 512, de modo que os sinais aí produzidos são posteriormente enviados à rede de combinação a 0 grau 516 e à rede de combinação a 180 graus. 514. Os sinais das redes de combinação 514 e 516 são então enviados para redes de chaveamento 532 e 534. As redes de chaveamento 532 e 534 enviam os sinais para a rede de combinação a 90 graus 536, cuja saída é então enviada ao 'cable trap' 522. O 'cable trap' 522 encaminha o sinal ao segundo canal de saída 524.

Embora o dispositivo de interface 500 supradescrito interaja com a bobina 400, o dispositivo de interface 500 poderia ser utilizado com qualquer um d as bobinas 100, 200 e 300 para gerar qualquer um dos modos descritos acima.

Da mesma forma, a presente invenção permite criar uma estrutura com uma bobina de dois elementos, coma bobinas 100, 200, 300 e 400, de modo a produzir duas espiras, uma espira inteira ou uma sela inteira em função das redes de divisão de potência e de combinação disponíveis no dispositivo de interface 500. Além disso, esses quatro padrões de campo distintos podem ser obtidos separadamente, proporcionando quatro canais únicos com padrões de irradiação específicos. Além disso, várias medidas

49/49 foram adotadas para reduzir artefatos envolvendo imagens-fantasma e, mesmo assim, obter altas taxas de relação entre sinal e ruído. Com referência à FIG. 23, um gráfico que ilustra a relação entre sinal e ruído dos várias bobinas discutidos anteriormente é apresentado. O atual bobina do estado da técnica, como a bobina ilustrada na FIG. 1A, proporciona a melhor relação entre sinal e ruído, conforme indicado pela linha 600. Embora o projeto da bobina com condutor comum 100 na FIG. 6 mostre melhoria da relação entre sinal e ruído, conforme ilustrado pela linha 610, este aumento não é tão acentuado quanto o desejado. Por isso, o projeto da bobina 400 na FIG. 12 foi realizado e proporcionou relação entre sinal e ruído muito mais elevada, conforme mostrado pela linha 620. Entretanto, as imagens produzidas com este bobina apresentavam artefatos de imagem-fantasma. Em seguida, descobriu-se que a redução da fonte de energia do pré-amplificador de 10V para 5V reduz significativamente os artefatos com imagens-fantasma. Embora isto reduza ligeiramente a relação entre sinal e ruído obtida pela bobina, a relação ainda é mais elevada que a obtida com bobinas convencionais e que a obtida por bobinas condutoras comuns 100, conforme mostrado pela linha 630.

Embora a invenção tenha sido descrita detalhadamente para fins ilustrativos com base nas modalidades que são atualmente consideradas as mais práticas e preferidas, fica entendido que tais detalhes destinam-se exclusivamente a tal propósito e que a invenção não é restrita às modalidades reveladas, mas pode, pelo contrário, abranger modificações e arranjos equivalentes. Por exemplo, fica entendido que a presenta invenção contempla, tanto quanto possível, uma ou mais características de qualquer modalidade que podem ser combinadas com uma ou mais características de qualquer outra modalidade.

Assim, para promover o progresso das ciências e da técnica aplicada, o(s) inventor(es) obtém, por meio desta carta-patente, direitos exclusivos a todos os assuntos abrangidos pelas reivindicações a seguir, durante o período prescrito pelo Patent Act.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de interface para criar interface entre uma bobina e um sistema de ressonância magnética, a bobina compreendendo um par de espiras da bobina disposto em uma configuração de varredura de fase, cada um dos quais recebe sinais de ressonância magnética de uma região a ser examinada correspondente ao mesmo, o dispositivo de interface caracterizado pelo fato de compreender:

(a) um primeiro pré-amplificador para receber um sinal da primeira espira da bobina do par de espiras da bobina para produzir um primeiro sinal amplificado;

(a) um segundo pré-amplificador para receber um sinal da segunda espira da bobina do par de espiras da bobina para produzir um segundo sinal amplificado;

(c) um primeiro divisor conectado operacionalmente ao primeiro pré-amplificador para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira direita, que é enviado a um primeiro canal de saída e a um primeiro sinal compósito;

(d) um segundo divisor conectado operacionalmente ao segundo pré-amplificador para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira direita, que é enviado a um segundo canal de saída e a um segundo sinal compósito;

(e) um terceiro divisor conectado operacionalmente ao primeiro divisor para dividir o primeiro sinal compósito;

(f) um quarto divisor conectado operacionalmente ao segundo divisor para dividir o segundo sinal compósito;

(g) um combinador de zero grau conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor para combinar os sinais recebidos dos mesmos e produzir um sinal de sela, que é enviado ao terceiro canal de saída; e (h) um combinador de 180 graus conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor para combinar os sinais recebidos dos mesmos e produzir um sinal de espira total, que é enviado ao quarto canal
2/5 de saída, em que o dispositivo de interface é configurado para reconhecer seletivamente cada um dentre o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto canais de saída, permitindo assim que o sistema de ressonância magnética acoplado com o dispositivo de interface produza imagens em uma pluralidade de modos diferentes.

2. Dispositivo de interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro pré-amplificador e o segundo préamplificador são fornecidos com uma tensão de alimentação reduzida predeterminada em comparação com a tensão de alimentação nominal do primeiro pré-amplificador e do segundo pré-amplificador.
3. Dispositivo de interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender também pelo menos um atenuador fornecendo atenuação nominal na faixa de 3dB a 6dB pelo menos um atenuador posicionado em pelo menos um de: (a) entre o primeiro préamplificador e o primeiro divisor; (b) entre o segundo pré-amplificador e o segundo divisor; (c) depois do primeiro divisor; e (d) depois do segundo divisor.
4. Dispositivo de interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de modos inclui: espira esquerda, espira direita, espira inteira, sela inteira, espira direita e espira esquerda (LL), espira inteira e sela inteira,e espira direita, espira esquerda, espira inteira e sela inteira (LLLS).
5. Sistema para obter imagens de uma região a ser examinada,, caracterizado pelo fato de compreender:

(a) uma sonda intracavitária compreendendo:

(i) um par de espiras da bobina disposto em configuração de varredura de fase, cada uma das quais recebe sinais de ressonância magnética da região a ser examinada correspondente a mesma, sendo que cada uma das espiras da bobina possui um capacitor de excitação e um capacitor de sintonia com o capacitor de sintonia possuindo um valor selecionado para produzir ressonância com a espira da bobina correspondente ao mesmo na

3/5 frequência operacional do sistema de ressonância magnética;

(ii) um par de cabos de saída, cada um conectado a uma primeira extremidade do mesmo através do capacitor de excitação de uma das espiras da bobina, de modo que cada um dos capacitores de excitação seja fornecido com um aterramento separado; e (iii) um material espaçador posicionado adjacente a uma superfície anterior do par de espiras da bobina, o material espaçador permite manter uma distância predeterminada entre 0,762 a 1,524 mm (0,03 e 0,06 polegada) entre o par de espiras da bobina e a região a ser examinada, e reduz assim a intensidade dos sinais de ressonância magnética na proximidade das espiras da bobina, mantendo a relação entre sinal e ruído na profundidade correspondente à região a ser examinada apropriada para reconstruir as imagens da região a ser examinada e reduzindo artefatos nas imagens, incluindo o artefato de Gibbs, quando a sonda intracavitária é inserida na cavidade do paciente durante a aquisição de imagens; e (b) um dispositivo de interface para interfacear a sonda intracavitária e um sistema de ressonância magnética, sendo que o dispositivo de interface compreende:

(i) um primeiro pré-amplificador para receber um sinal da primeira espira da bobina do par de espiras da bobina para produzir o primeiro sinal amplificado;

(ii) um segundo pré-amplificador para receber um sinal da segunda espira da bobina do par de espiras da bobina para produzir um segundo sinal amplificado;

(iii) um primeiro divisor conectado operacionalmente ao primeiro pré-amplificador para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira direita e em um primeiro sinal compósito;

(iv) um segundo divisor conectado operacionalmente ao segundo pré-amplificador para dividir o primeiro sinal amplificado em um sinal da espira esquerda e em um segundo sinal compósito;

(v) um terceiro divisor conectado operacionalmente ao primeiro divisor para dividir o primeiro sinal compósito;

4/5 (vi) um quarto divisor conectado operacionalmente ao segundo divisor para dividir o segundo sinal compósito;

(vii) um combinador de zero grau conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor para combinar os sinais recebidos dos mesmos e produzir um sinal de sela; e (viii) um combinador de 180 graus conectado operacionalmente ao terceiro divisor e ao quarto divisor para combinar os sinais recebidos dos mesmos e produzir um sinal de espira inteiro.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro pré-amplificador e o segundo pré-amplificador são fornecidos com uma tensão de alimentação reduzida predeterminada em comparação com a tensão de alimentação nominal do primeiro préamplificador e do segundo pré-amplificador.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a sonda intracavitária compreende também um par de circuitos de desacoplamento, cada um conectado pelo capacitor de sintonia de uma das espiras da bobina.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada um dos circuitos de desacoplamento é um circuito de desacoplamento ativo.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada um dos circuitos de desacoplamento é um circuito de desacoplamento passivo.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada um dos circuitos de desacoplamento inclui um circuito de desacoplamento ativo e um circuito de desacoplamento passivo.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender também um conduto intermediário que possui:

(a) um conector de entrada;

(b) um conector de saída;

(c) um par de cabos internos para conectar-se a uma extremidade do mesmo, respectivamente, aos cabos de saída da sonda intracavitária

5/5 através do conector de entrada e aproxima outra extremidade do mesmo ao dispositivo de interface através do conector de saída;

(d) um par de baluns, cada um dos quais interconectado entre uma extremidade de um dos cabos internos e pelo menos um dentre o conector de entrada e o conector de saída; e (e) pelo menos um 'cable trap' conectado ao mesmo.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o dispositivo de interface compreender ainda um ou mais atenuadores que fornecem um atenuador nominal na faixa de 3dB a 6dB, pelo menos posicionado em pelo menos um de: (a) entre o primeiro pré-amplificador e o primeiro divisor; (b) entre o segundo pré-amplificador e o segundo divisor; (c) depois do primeiro divisor; e (d) depois do segundo divisor.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a configuração de varredura de fase requer que o par de espiras da bobina apresente sobreposição crítica.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a configuração de varredura de fase requer que o par de espiras da bobina compartilhe um condutor em comum.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a configuração de varredura de fase requer que um par de espiras do bobina seja disposto em uma modalidade com sobreposição híbrida em que pelo menos parte de cada uma das espiras da bobina fique sobreposta e as espiras da bobina compartilhem um condutor em comum.
16. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um circuito de desacoplamento passivo é fornecido na segunda extremidade de cada um dos cabos de saída.
17. Sistema de acordo com a reivindicação 5, em que cada um dos circuitos de desacoplamento passivo compreende diodos 'back-to-back' conectados em série e um componente de reatância.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o componente de reatância é pelo menos um dentre um indutor e um capacitor.