CN104704352A - 异核核磁共振指纹法 - Google Patents
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Abstract
描述了与异核核磁共振指纹法(NMRfp)相关联的设备、方法及其他实施例。一个示例性设备包括被配置成向样本施加变化的NMRfp RF激励的单独可控的射频发射线圈。NMR设备可并行地施加激励。该激励引起不同的核子产生不同的信号演进。不同的成对核子可取决于核子类型之间的量子相关而产生不同的信号演进。
Description
相关申请
本申请要求2012年12月6日提交的美国专利申请No.13/651,690的优先权,通过引用将其主题完整地结合到本文中。
背景技术
常规磁共振成像(MRI)涉及反复均匀地对k空间中的对象进行采样,以在预定回波时间(TE)获取与参数(例如,T1弛豫、T2弛豫、共振频率)相关联的信号。按照惯例,信号与一个类型的核子(例如,1H)相关联。理想地,信号在TE处或TE附近的短时间段上是恒定的。常规MRI依赖于将许多分段获取组合成定性图像。获得多个分段获取耗费几十分钟或更多。
核磁共振(NMR)指纹法涉及施加脉冲序列,其产生具有不同性质的组织中的不同时程。NMR指纹法(NMRfp)同时地激励多个共振种类以使得不同类型的组织产生不同的信号,所述信号可以被同时地采集且然后随时间推移而分离成单独信号演进。在本文中相对于NMRfp所使用的术语“共振种类”指的是可以使用NMR而使得其共振的项目(例如,水、脂肪或其他组织或材料)。NMRfp并未定义用于共振种类的信号演进必须是什么。而是,NMRfp捕捉随时间推移而产生的信号且然后将其与其他已知或模型化信号演进或信号演进组合相比较。因为不同的组织或材料具有不同的信号演进,所以能够通过将随时间推移而获得的信号演进与已知和/或模拟信号演进或信号演进组合相比较来同时地确定多个参数(例如,T1、T2)。
更一般地,NMRfp涉及反复地、可变地在(k,t,E)空间中对对象进行采样以在允许t和E改变的同时获取用于单个核子(例如,1H)的信号演进(SE)。K指代k空间,t指代时间,并且E可以包括T1、T2、D以及其他参数,其中,D指代扩散弛豫。不同于常规MRI,NMRfp并不尝试具有恒定的SE,而是寻找随时间推移改变且可与同步地、同时地或在阈值时间量内获取的其他SE区别开的SE。NMRfp产生参数(例如,T1、T2)的定量估计。虽然用MRI的常规量化花费几十分钟,但可以在较少的时间内执行NMRfp。
附图说明
结合在本说明书中并构成其一部分的附图图示出本发明的各种方面的各种示例性系统、方法及其他示例性实施例。要认识到,图中所示的元件边界(例如,方框、方框组或其他形状)表示边界的一个示例。本领域的技术人员将认识到,在一些示例中,可将一个元件设计为多个元件,或者可将多个元件设计为一个元件。在一些示例中,可将示为另一个元件内部部件的元件实现为外部部件且反之亦然。此外,元件可能未按比例画出。
图1图示出包含两个共振种类的体积。
图2图示出包括以第一种方式键合的两个类型的核子的体积。
图3图示出包括以第二种不同的方式键合的两个类型的核子的体积。
图4图示出包括趋向于不相关联的两个类型的核子(例如,1H、23NA)的体积。
图5图示出从两个共振种类接收到的两个单独NMR信号和从两个单独NMR信号导出的信号演进。
图6图示出从体积中的两个不同核子接收到的两个单独NMR信号和从两个单独NMR信号导出的信号演进。
图7将常规MRI序列块与NMRfp序列块进行比较和对比。
图8图示出被配置成执行异核NMRfp的MRI设备。
图9图示出被配置成执行异核NMRfp的设备。
图10图示出被配置成执行异核NMRfp的示例性方法。
图11图示出被配置成执行异核NMRfp的示例性方法。
图12图示出与异核多量子相关(HMQC)过程相关联的脉冲序列。
图13图示出与还包括梯度的HMQC过程相关联的脉冲序列。
图14图示出与多核NMRfp相关联的示例性设备。
图15图示出示例性异核NMRfp过程,其中使用具有恒定、匹配间距的两个相关脉冲序列向两个不同类型的核子(例如,1H、X)施加RF。
图16图示出示例性异核NMRfp过程,其中使用具有可变、匹配间距的两个相关脉冲序列向两个不同类型的核子(例如,1H、X)施加RF。
图17图示出示例性异核NMRfp过程,其中使用具有可变、不匹配间距的两个相关脉冲序列向两个不同类型的核子(例如,1H、X)施加RF。
图18图示出示例性异核NMRfp过程,其中使用具有可变、匹配间距的两个相关脉冲序列向两个不同类型的核子(例如,1H、X)施加RF,并且其中还施加梯度。
图19图示出示例性异核过程,其中,使用可变、匹配间距向三个不同类型的核子施加RF。
具体实施方式
示例性设备和方法涉及异核NMRfp,其中,可以同时地获取来自两个或更多不同类型的核子的信号演进。在一个实施例中,异核NMRfp涉及反复地、可变地在(k,t,E,n)空间中对对象进行采样,以在获取随t和E改变的用于两个或更多类型的核子(例如,1H、13C)的信号演进。k指代k空间,t指代时间,E可包括共振频率、T1、T2、D及其他参数,并且n指代多个核子。异核NMRfp产生用于多个不同类型的核子的参数(例如,共振频率、T1、T2)的定量估计。在一个示例中,可同时地或基本上同时地获取用于两个或更多类型的核子的信号演进,然后与存储的信号演进相比较以表征核子。
示例性设备和方法可采用异核多量子相关(HMQC)以将来自两个或更多类型的核子的信号集成到基于质子的磁共振指纹法(MRF)框架中。示例性设备和方法可另外或备选地采用异核单量子相关(HSQC)来将来自两个或更多类型的核子的信号集成到基于质子的MRF框架中。
一些类型的核子之间(例如,1H&13C、1H&14N、1H&15N、1H&31P、1H&17O、13C&14N、13C&31P)存在量子相关。量子相关允许磁化从一个类型的核子被传递至另一类型的核子然后经由相干路径返回。这些量子相关反映一个类型的核子中的磁化可如何影响另一类型的核子中的磁化。可以以不同的方式在不同时间使不同的核子相关(例如,键合),并且因此该量子相关在不同时间可以是不同的。下面将结合图二和图三描述这些关系。
以下提供NMRfp的基础的简要回顾。图1图示出包含两个共振种类R1和R2的体积100(例如,体素)。R1和R2可具有变化的弛豫或其他NMR参数。例如,T1R1可小于T1R2,而T2R1可大于T2R2。T1指代纵向(自旋晶格)弛豫时间且T2指代横向(自旋间)弛豫时间。NMRfp以一系列的变化序列块施加射频(RF)能量,其促使R1和R2两者同时地产生不同的NMR信号。可以从这些同时产生的不同NMR信号产生信号演进。可以将信号演进与其他信号演进(对于其而言弛豫或其他NMR参数是已知的)相比较来确定弛豫及其他NMR参数(例如,T1、T2、PD)(PD=质子密度)。然后可以用弛豫或其他NMR参数来表征共振种类R1和R2。由于不同的组织具有不同的已知弛豫或其他NMR参数,所以可以使用弛豫或其他NMR参数表征来识别不同的组织。虽然图示出两个共振种类,但本领域技术人员将认识到体积可包括更大或更小数目的共振种类。
类似于体积可包含两个不同类型的共振种类,体积还可包含两个或更多不同类型的核子。图2图示出包括两个不同类型的核子N1和N2的体积200。N1和N2被示为经由键而直接地相互耦合。N1和N2可以是例如1H和13C。此直接键耦合可产生N1与N2之间的第一量子相关。当被暴露于NMRfp RF脉冲序列时,N1和N2可被激励,并且产生NMR信号。当N1和N2能够在它们自身之间传递磁化时,并且当NMRfp RF脉冲序列被配置成引起N1与N2之间的磁化传递时,则从体积200接收到的NMR信号不仅可取决于体积200中的N1和N2的存在,还可取决于N1与N2之间的量子相关(例如,键合、配对)以及脉冲序列如何产生并控制磁化传递。
图3图示出其中N1和N2将由于N1和N2被关联(例如,配对、键合)的方式而具有不同的第二量子相关的体积300。在体积300中,N1和N2通过对通常表示为X的中间项目的键合而被相互间接地耦合。此间接单键耦合可产生N1与N2之间的不同的第二量子相关。当被暴露于NMRfp RF脉冲序列时,N1和N2可被激励,并且产生NMR信号。当N1和N2能够在它们自身之间传递磁化时,并且当NMRfp RF脉冲序列被配置成引起N1与N2之间的磁化传递时,则从体积300接收到的NMR信号不仅可取决于体积300中的N1和N2的存在,还可取决于N1与N2之间的量子相关以及脉冲序列如何产生并控制磁化传递。由于N1和N2在体积200(图2)和体积300(图3)中被不同的键合,所以响应于在两个不同体积中激励N1和N2而产生的信号演进将是不同的。因此,信号演进将不仅对检测N1和N2的存在有用,而且对N1和N2如何被键合有用(如果可能的话)。
图4图示出其中N3和N4未被键合的体积400。N3和N4可以是例如1H和23Na。N3和N4不具有促进在两个不同类型的核子之间来回传递磁化的量子相关。当被暴露于NMRfp RF脉冲序列时,N3和N4可被激励,并且产生NMR信号。当N3和N4不能在它们自身之间传递磁化时,则NMRfp RF脉冲序列将不引起N3与N4之间的磁化传递。因此,从体积400接收到的NMR信号可取决于体积400中的N3和N4的存在,而不是取决于N3和N4如何被配对(例如,键合)。虽然N3和N4可不键合,并且可能不能经由量子相关路径来传递磁化,但在一个实施例中,异核NMRfp仍可以能够从两个类型的核子同时获取信号。
类似于NMRfp能够从不同的共振种类同时获取信号,异核NMRfp能够同时获取信号,所述信号是不同核子或不同核子之间的量子相关的函数。在一个实施例中,可获取用于两个或更多不同类型的核子的信号演进,其中,当磁化没有在两个类型的核子之间传递时,信号演进是单独地与核子类型相关联的磁化的函数。在另一个实施例中,信号演进可以是单独地与两个类型的核子相关联的磁化的函数,其中,磁化在两个类型的核子之间传递。在另一个实施例中,信号演进可以是与共同地与成对核子相关联的磁化的函数,其中,磁化在成对核子之间传递。
现在返回NMRfp的回顾,图5图示出从体积100(图1)中的两个共振种类R1和R2接收到的两个单独NMR信号:NMR1和NMR2的图。NMR1包括在不同时间不同条件下由R1产生的数据点。NMR2包括在不同时间不同条件下由R2产生的数据点。信号演进(SE)由NMR1和NMR2被同时产生并获取而导致。从其获取用于NMR1和NMR2的数据点的空间可称为(k,t,E)空间,其中,在不同的示例中,E指代(T1,T2,D)、(T1,T2,D,...)、(共振频率,T1,T2,...),其中,D指代扩散弛豫。在一个示例中,t和E可都是非线性的。在另一示例中,t和E可都是伪随机的。虽然图示出与两个共振种类相关联的两个图,但是本领域技术人员将认识到,体积可包括更大或更小数目的共振种类,并且因此可产生更大或更小数目的信号。
现在转到异核NMR指纹法,图6图示出从体积200或300中的两个不同类型的核子N1和N2接收到的两个单独NMR信号:HNMR1和HNMR2的图。HNMR1包括在不同时间不同条件下由N1产生的数据点。HNMR2包括在不同时间不同条件下由N2产生的数据点。信号演进(SEHNMR)由HNMR1和HNMR2被同时产生并获取而导致。从其获取用于HNMR1和HNMR2的数据点的空间可称为(k,t,E,n)空间,其中,k指代k空间,t指代时间,在不同的实施例中,E指代(共振频率,T1,T2)、(T1,T2,D,...)、(T1,T2,...),其中,D指代扩散弛豫,并且n指代核子。在一个示例中,t和E可都是非线性的。在另一示例中,t和E可都是伪随机的。当未在特定时间以特定方式设计和施加梯度时,SEHNMR可以是不同类型核子的单独磁化的函数。当在特定时间以特定方式设计和施加具有特定关系的特定梯度时,则SEHNMR可以是不同类型核子之间的磁化传递的函数。
图7将常规MRI序列块与示例性NMRfp序列块进行比较和对比。序列块700包括准备阶段710和获取阶段720。在获取阶段720期间,可在获取之间使用相同翻转角和相同间隔执行多次获取。获取阶段720类似于从(k,t)空间获取数据的方法,其中,t恒定地或线性地改变。恒定变化促进按照常规图像重构的要求获取具有恒定振幅和相位的信号。
序列块730还包括阶段740和获取阶段750。注意到,获取阶段750比获取阶段720长。不同于其中参数固定或线性地改变的获取阶段720,在获取阶段750中,参数可非线性地、随机地或伪随机地改变。可改变的参数包括但不限于回波时间、翻转角、相位编码、延迟时间等。还注意到,虽然在一些示例中阶段740可以是准备阶段或类似准备阶段,但是该阶段740不一定执行常规以图像为中心的准备。虽然图7图示出与NMRfp相关联的脉冲序列,但是图15-19图示出可在异核NMRfp中使用的各组脉冲序列。图15-19中所示的单独脉冲序列可类似于例如序列730。
图8图示出配置有设备899以控制异核NMRfp的示例性MRI设备800。设备899可配置有本文所述的示例性设备的元件和/或可执行本文所述的示例性方法。在一个实施例中,可将设备899配置成控制NMR设备800来施加RF能量,所述RF能量适合在体积中的两个或更多不同类型的核子中产生并发的核磁共振。所述两个或更多不同类型的核子可共享或不共享量子相关。控制NMR设备800以至少两个不同的序列块来施加RF能量,所述至少两个不同的序列块在α2脉冲的数目、α2脉冲的振幅、α2脉冲的相位以及α2脉冲之间的间距中的至少两个或更多方面不同。可将设备899配置成控制设备800,通过将从体积获取的NMR信号与表征的信号演进或信号演进的组合相比较来确定用于两个或更多不同类型的核子的两个或更多弛豫或其他NMR参数。
设备800包括一个或多个基本场磁体810和基本场磁体源820。理想地,基本场磁体810将产生均匀B0场。然而,实际上,B0场可能不是均匀的,并且可在由MRI设备800成像的对象上改变。MRI设备800可包括梯度线圈830,其被配置成发射梯度磁场,例如GS、GP和GR、或者Gx、Gy和Gz。可至少部分地由梯度线圈源840来控制梯度线圈830。在一些示例中,梯度磁场的定时、强度以及取向可被控制,并且因此在MRI程序期间被选择性地适配。
MRI设备800可包括一组RF天线850,其被配置成生成RF脉冲并从RF脉冲被指向的对象接收作为结果的NMR信号。在一个实施例中,RF天线850布置为单独可控的并行发射线圈阵列。如何产生脉冲和如何接收作为结果的MR信号可被控制,并且因此可在MR程序期间被选择性地适配。可以采用单独的RF发射和接收线圈。可至少部分地由一组RF发射单元860来控制RF天线850。RF发射单元860可向RF天线850提供信号。RF发射单元860可向不同的RF天线提供不同信号从并行发射线圈阵列的不同构件来产生不同的RF激励。在一个示例中,不同的RF激励可具有不同的翻转角和不同的TR。
可至少部分地由控制计算机870来控制梯度线圈源840和RF发射单元860。在一个示例中,控制计算机870可被编程来控制如本文所述的NMR装置。按照惯例,从RF天线850接收到的磁共振信号可被采用以产生图像,并且因此可经受类似于产生像素化图像数据的二维FFT的变换过程。该变换可由图像计算机880或其他类似处理装置执行。然后可在显示器890上显示图像数据。然而,异核NMRfp设备899促进了不必根据从RF天线850接收到的MR信号完成常规的图像重构。因此,不需要约束由设备800施加于对象的产生具有基本上恒定振幅或相位的信号的RF能量。而是,异核NMRfp设备899促进接收信号与已知信号的比较(对于已知信号而言,已经获得了重构、弛豫参数、NMR参数或其他信息)。这促进产生定量结果。
虽然图8图示出包括以各种方式连接的各种部件的示例性MRI设备800,但是应认识到,其他MRI设备可包括以其他方式连接的其他部件。
图9图示出异核NMRfp设备899的实施例。在一个实施例中,设备899包括NMR逻辑910。NMR逻辑910被配置成反复地且可变地对(k,t,E,n)空间中的对象进行采样来获取可具有非恒定振幅和/或相位的一组NMR信号。该对象可包括多个类型的核子。核子可以是具有量子相关且可以交换磁化的核子,或者可以是不具有量子相关且因此不能够交换磁化的核子。可以以不同的方式将可以交换磁化的核子配对。例如,在一个时间,可将两个类型的核子直接地键合,而在另一时间,可通过与第三类型的核子的键将两个类型的核子间接地键合。采样可包括使RF呈现设计成激励不同类型的核子并选择性地引起磁化传递的配置。
该组NMR信号的构件与(k,t,E,n)空间中的不同点相关联。在不同实施例中,根据其中t和/或E非线性地和/或以非恒定方式改变的方案对不同的点进行采样。在一个实施例中,NMR逻辑910被配置成获取NMR信号,所述NMR信号响应于在并行TX线圈阵列的不同构件中产生的不同激励而产生。该阵列可称为pTx阵列。该pTx阵列可包含被调谐成用于激励单个核子的多个线圈,或者可包含(被调谐到不同核子的)不同线圈或包含(可以激励多个核子的)多个线圈的组合。可使NMR信号与两个或更多核子相关联。
NMR设备899还包括信号逻辑920。信号逻辑920被配置成从NMR信号产生NMR信号演进。该信号演进可包括在一段时间上获取的许多NMR信号。不同于常规系统(其中来自不同信号产生区域的NMR信号可以是相似的),信号逻辑920可处理更加去相关的NMR信号演进。因此,在一个示例中,设备899可包括多个信号逻辑920。可将不同信号逻辑配置成处理来自不同的信号产生区域或来自不同信号产生核子的信号。在一个实施例中,可将多个信号逻辑920配置成并行地操作。
NMR设备899还包括匹配逻辑930。匹配逻辑930被配置成将产生的NMR信号演进与已知NMR信号演进相比较。已知NMR信号演进可以是例如先前获取的信号演进、模拟信号演进或模拟演进的组合或测量演进的组合。类似于设备899可包括多个信号逻辑920,设备899还可包括多个匹配逻辑930。可将多个匹配逻辑930配置成并行地操作。
设备899还可包括表征逻辑940。在一个实施例中,表征逻辑940配置成表征核子、成对核子或对象中的核子之间的量子相关。该表征可包括将一个或多个NMR信号演进与一个或多个表征信号演进相比较。表征核子可包括识别参数,所述参数包括但不限于T1弛豫、T2弛豫、扩散加权弛豫以及共振频率。表征核子可以包括识别核子的存在及关于成对核子的存在和核子之间的量子相关(例如,配对、键合)的附加信息。可将一个或多个表征信号演进存储在表征信号演进库中。在一个实施例中,该库配置成直接存储信号演进。在另一个实施例中,该库配置成存储信号演进的完整库的变换或压缩表示。在一个实施例中,可将表征逻辑940配置成表征从不同核子接收到的信息。
常规MRI使用精确的准备时间来创建精确的准备条件,其促进在短暂的精确时间点根据投影路径(例如,笛卡尔坐标系的径向)上的一系列精确定义位置从单个类型的核子获取信号,以实现不精确的定性图像。
NMRfp采用不同的方法。NMRfp选择对(k,t,E)空间进行采样。代替逐个体素、逐个切片或逐个特性地获取信号,NMRfp促进同时地分析M个体素中的N个特性,N和M是数字。并且,不同于常规MRI,NMRfp促进在较长时间段上获取有用信号,而不是在与指定回波时间(TE)相关联的瞬时时间段期间。异核NMRfp将这种方法扩展至响应于所协调的系列的NMRfp脉冲序列在相同获取时段期间从两个或多个不同类型的核子获取信号。另外,异核NMRfp促进获取关系数据。所述关系数据可促进识别核子当前在样本中如何配对。
在对存储器内的数据位操作的算法和符号表示方面提出了接下来详细描述的一些部分。本领域技术人员使用这些算法描述和表示用来向其他人传达其工作的实质。在这里且一般地,将算法设想成产生结果的操作序列。该操作可包括物理量的物理操作。通常但不一定,物理量采取能够被存储、转移、组合、比较、以及逻辑上操作的其它方式的电或磁信号的形式等等。物理操作产生具体、有形、有用、真实的结果。
已经证明有时主要由于一般使用的目的而将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数等是方便的。然而,应记住的是这些和类似术语将与适当的物理量相关联且仅仅是施加于这些量的方便标签。除非另外明确地规定,要认识到,在说明书通篇中,包括处理、计算、确定等术语指的是计算机系统、逻辑、处理器或对表示为物理(电子)量的数据进行操纵和变换的类似电子设备的动作和处理。
参考流程图可更好地理解示例性方法。虽然为了简化说明,将所示方法示出并描述为一系列框,但应认识到,该方法并不受到框顺序的限制,因为一些框可以以与所示和所述的顺序不同的顺序和/或与其他框同时地存在。此外,可要求少于全部的所示框实现示例性方法。可将框组合或分离成多个部件。此外,附加和/或备选方法可以采用附加的未示出的框。
图10图示出与异核NMRfp相关联的方法1000。方法1000包括在1010处控制NMR设备向对象中的体积来施加RF能量。该体积可包含一个或多个类型的核子。不同于常规NMR系统或者甚至常规NMRfp系统,控制NMR设备可包括以NMRfp变化序列块中的多个协调(例如,配对、同时、并行)序列来施加RF能量。并且,不同于常规系统,在1010处控制NMR设备可包括控制并行发射(pTx)阵列的不同构件来施加不同的RF能量激励。不同的RF能量激励能够以包括但不限于靶核、振幅、相位、频率、翻转角以及延迟时间的方式改变。在一个实施例中,在该组TX线圈的不同构件中以不同RF激励来改变翻转角可以产生遍及体积的翻转角分布,其进而可产生局部变化条件。在图15-19中图示出变化序列块的各种类型的多个同时序列。
在一个实施例中,方法1000涉及控制配置有两个或更多单独可控发射(TX)线圈的NMR设备。方法1000控制NMR设备以从所述两个或更多TX线圈中的第一个向样本施加第一NMRfp RF激励并从所述两个或更多TX线圈中的第二个向样本施加不同的第二NMRfp RF激励。在一个实施例中,从不同的线圈同时地施加两个不同的NMR RF激励。在一个示例中,可将第一NMRfp RF激励和第二NMRfp RF激励配置成在被施加第一NMRfp RF激励和第二NMRfp RF激励的样本中产生空间不均匀性。在另一示例中,两个线圈可优选地激励不同核子。样本可以是例如人、动物或其他对象。样本可包括一个或多个不同类型的核子。在一个示例中,空间不均匀性被配置成促进来自样本中的不同信号产生区域中的去相关信号演进。
方法1000可包括控制NMR设备使得变化序列块的同时序列中的一个在靶核、振幅、相位、频率、延迟时间和翻转角中的一个或多个方面不同于变化序列块的同时序列中的另一个。方法1000可包括控制NMR设备使得第一NMRfp RF激励和第二NMRfp RF激励在有效地改变样本中的不同序列块之间或不同位置之间的对比度的量方面不同。
能够以一系列可变序列块来施加从pTx线圈阵列的构件施加的RF能量。序列块可在许多参数方面改变,所述参数包括但不限于靶核、回波时间、翻转角、相位编码、扩散编码、流编码、RF脉冲振幅、RF脉冲相位、RF脉冲的数目、在序列块的激励部分与序列块的读出部分之间施加的梯度类型、在序列块的激励部分与序列块的读出部分之间施加的梯度的数目、在序列块的读出部分与序列块的激励部分之间施加的梯度的类型、在序列块的读出部分与序列块的激励部分之间施加的梯度的数目、在序列块的读出部分期间施加的梯度的类型、在序列块的读出部分期间施加的梯度的数目、RF扰相(spoiling)的量、以及梯度扰相的量。在不同实施例中,两个、三个、四个或多个参数可在序列块之间改变。在不同实施例中,在序列块之间改变的参数的数目本身可改变。例如,A1(序列块1)可在五个参数方面不同于A2,A2可在七个参数方面不同于A3,并且A3可在两个参数方面不同于A4。在一个示例中,连续序列块之间的唯一差别可以是α2脉冲的数目。
在1010处通过pTx阵列的不同构件来施加不同的RF能量激励而对NMR设备的控制可包括单个线圈随时间推移的变化参数,并且还可包括线圈之间随时间推移的变化参数。因此,示例性设备和方法可在两个维度上改变参数:用于单个线圈的经过时间、以及线圈之间的空间方面。通过举例说明,第一线圈TX1可在时间T1、T2、…Tn产生一系列RF激励TX1RF1、TX1RF2、…TX1RFn。第二线圈TX2也可产生一系列激励TX2RF1、TX2RF2、…TX2RFn。来自TX1的信号可在它们自身之间改变(例如,TX1RF1≠TX1RF2)。类似地,来自TX2的信号可在它们自身之间改变(例如,TX2RF1≠TX2RF2)。另外,该信号可在线圈之间改变(例如,TX1RF1≠TX2RF1)。
在多个同时系列的序列块期间施加的RF能量可被配置成引起不同的单独类型的核子同时产生单独的NMR信号。在多个同时系列的序列块期间施加的RF能量可被配置成引起单独类型的核子之间的磁化传递并因此产生作为磁化传递的函数的信号演进。该系列可变序列块的至少一个构件将在至少N个序列块参数方面不同于该系列可变序列块的至少一个其他构件,N是大于一的整数。另外,在一个实施例中,至少一个RF TX线圈将传递RF激励,其在至少M个参数方面不同于由发射线圈的并行阵列中的不同RF TX线圈传递的RF激励。在不同的实施例中,N可以是大于一的数字。类似地,在不同的实施例中,M可以是大于一的数字。信号演进的信号内容可直接地随着N和M而改变。因此,随着更多的参数改变,潜在地更丰富的信号可被取回。另外,随着更多的pTx线圈传递不同的RF激励,可以产生潜在地可能更加能够被去相关的信号。
在一个实施例中,可在1010处控制NMR设备根据被配置成以欠采样速率R对对象进行欠采样的部分随机获取方案来施加该系列可变序列块的构件。在不同的实施例中,速率R可以是例如二、四或者甚至更大的数。
方法1000还包括在1020处控制NMR设备来获取响应于施加RF能量而产生的NMR信号。可以控制NMR设备来获取各种时间长度(包括例如达到十秒、达到二十秒、达到一百秒、或者甚至更长)的信号。可在较长的时间段上获取NMR信号,因为信号信息内容响应于在1010处施加的该系列的变化RF能量而在较长的时间段上保持可行。
方法1000还包括在1030处控制NMR设备根据所获取的NMR信号来确定信号演进。确定信号演进可包括存储在动作1020期间获取的(k,t,E,n)空间数据点。虽然单独序列块可产生(k,t,E,n)空间中的单个点,但是信号演进由该系列可变序列块确定。随时间推移,产生有用信号演进的该系列可变序列块可被识别。在1030处针对第一信号产生区域确定信号演进可包括将来自第二信号产生区域的信号视为第一信号产生区域中的噪声。当两个信号更加正交且因此可以去相关时,可促进将信号视为噪声。正交程度可直接地随着每个序列块改变的参数的数目而改变,并且还可直接地随着由发射线圈的并行阵列的不同构件产生的不同RF激励的数目而改变。备选地,信号演进的确定可以涉及对来自第二信号产生区域的信号的全部或一部分进行模型化作为一个或多个存储的信号演进的组合。
方法1000还包括在1040处控制NMR设备以将信号演进与一个或多个已知的、存储的、模拟的、参考的或预测的信号演进或已知的信号演进的组合相比较。在不同示例中,“存储的”或“已知的”信号演进可包括先前获取的信号、模拟的信号或两者。在一个实施例中,存储的信号演进与并非从对象获取的信号相关联,而在另一个实施例中,存储的信号与从对象获取的信号相关联。可分析不同的信号演进,以不仅确定不同类型的核子的存在,还确定成对核子或各组核子之间的量子关系(例如,键合、配对)以及核子类型之间的磁化传递。
存储的信号可与潜在地非常大的数据空间相关联。因此,本领域技术人员将认识到,存储的信号演进可包括用下式来表征的该组信号演进以外的信号:
SE=A-Be-t/C [1]。
实际上,本领域技术人员将认识到,可以用下式来部分地描述用于存储的信号演进的非常大的数据空间:
[2]
其中:
SE是信号演进,
NA是序列块的数目,
NRF是序列块中的RF脉冲的数目,
α是翻转角,
Φ是相位角,
Ri(α)是由于非共振而引起的旋转,
RRFij(α,Φ)是由于RF差而引起的旋转,
R(G,f)是由于梯度或共振频率f而引起的旋转,
T1是自旋晶格弛豫,
T2是自旋间弛豫,
D是扩散弛豫,以及
Ei(T1,T2,D,f)是由于弛豫差引起的衰减。
虽然提供Ei(T1,T2,D,f)作为示例,但是本领域技术人员将认识到,在不同的实施例中,Ei(T1,T2,D,f)实际上可以是Ei(T1,T2,D,…)或Ei(T1,T2,…)。
在一个示例中,j上的求和可以被j上的乘积所取代,例如:
[3]。
在NMR、MRI或ESR(电子自旋共振)中,Bloch方程是一组宏观方程的成员,其用来计算当存在弛豫时间T1和T2时作为时间的函数的核磁化M=(M x ,M y ,M z )。这些唯象方程由Felix Bloch引入,并且也称为核磁化的运动方程。本领域技术人员将认识到,在一个实施例中,可将Ri(α)、RRFij(α,Φ)和R(G,f)视为Bloch方程。
虽然图10图示出串行发生的各种动作,但是要认识到,图10中所示的各种动作可以基本上并行地发生。举例来说,第一过程可以控制施加RF能量,第二过程可以控制获取NMR信号并确定信号演进,并且第三过程可以执行信号演进比较。虽然描述了三个过程,但要认识到,可以采用更大和/或更小数目的过程。
图11图示出方法1000(图10)的另一个实施例。该实施例包括动作1010、1020、1030和1040。然而,该实施例还可包括动作1012、1014、1016和1050。
方法1000的该实施例包括在1012处控制NMR设备来改变序列块之间的时间量、序列块的相对振幅以及序列块的相对相位中的一个或多个。可在并行进行发射的pTx阵列的构件中改变序列块。也可在pTx阵列的单个构件内改变序列块。因此,不仅可以在序列块之间改变单独参数(例如,翻转角、相位),而且可以在单个线圈中或线圈之间改变序列块之间的时间和序列块之间的其他差异。这促进在信号演进中产生附加信号内容。
可在发射线圈的并行阵列的构件之间协调1012处的改变。在一个示例中,序列可围绕着发射线圈的并行阵列的构件循环。例如,在第一时间通过第一TX线圈施加的第一序列可以是在第二时间通过第二TX线圈施加的第二序列。可以有其他组合。
方法1000的该实施例还包括在1014处控制NMR设备以将该系列可变序列块的构件配置为TrueFISP脉冲序列、FLASH脉冲序列以及快速自旋回波(TSE)脉冲序列之一。动作1014图示出一组序列块不一定是与常规的基于成像的脉冲序列相同的东西。序列块不同于常规脉冲序列至少由于以下原因:非线性地改变的Δt和ΔE(其在(k,t,E,n)空间中产生具有非恒定振幅和相位的NMR信号)是被鼓励而不是禁止的。另外,鼓励从不同的TX线圈施加不同的可变序列块。
方法1000的该实施例还包括在1016处控制NMR设备,至少部分地基于响应于施加该系列可变序列块的较早构件而获得的NMR信号来配置该系列可变序列块的较晚构件。因此,方法1000的该实施例是自适应方法,其中,该系列的变化序列块的构件的顺序可能并不是提前已知的。而是,随着(k,t,E,n)空间中的数据点被获取,并且随着信号演进,可进行关于要改变的不同序列块和不同的各组参数的判定。该判定可控制由发射线圈阵列的不同构件产生的序列块。通过举例说明,(k,t,E,n)空间中的第一数目的数据点和演进信号可朝着一个弛豫或其他NMR参数确定并远离另一弛豫或NMR参数确定来引导。因此,接下来可在该组系列中施加可确认和/或拒绝这些引导中的任一个的各组序列块来促进比较和分析过程中的有导向的且更快速的收敛。
方法1000的该实施例还包括在1050处控制NMR设备,表征核子为将一个或多个信号演进与一个或多个参考(例如,存储的、已知的、模拟的、预测的、组合的、缩减的)信号演进相比较的函数。将所获取的信号演进与另一信号演进相比较可包括例如控制NMR设备来将信号演进与NMR信号演进的多维组的构件相比较。该多维组中的第一维度可与第一组序列块参数相关联,并且多维组中的第二维度可与不同的第二组序列块参数相关联。由于信号演进随时间推移而演进,所以该多维组可包括时间维度,并且模式匹配过程可包括监视信号演进的前进的路径匹配过程。另外,由于一个系列的变化序列块可不同于另一个系列的变化序列块,所以该多维组可包括顺序维度,其中,再次地,模式匹配过程可以是与仅模式匹配相对照的路径匹配。
表征核子的类型可包括例如识别弛豫参数或其他NMR参数,包括但不限于与核子相关联的T1弛豫、与核子相关联的T2弛豫、与核子相关联的非共振弛豫、与核子相关联的扩散加权弛豫、以及核子之间的量子相关的效应(如果有的话)。
图12图示出与异核多量子相关(HMQC)过程相关联的脉冲序列。施加RF脉冲RF1和RF2以激励第一类型的核子(例如,1H),同时依次且同时地施加RF脉冲RF3和RF4以激励一般称为X的第二类型的核子。RF1、RF2、RF3和RF4可具有公共振幅(例如,A1H=AX)。同时地施加RF1和RF3,并且同时地施加RF2和RF4(例如,间隔I1=间隔I2)。当在示例性HMQC方法期间以这种方式暴露于RF时,相干性的最大传递在单个读出点P1处发生。在这种方法中,在P1处接收到的信号可以是共同地与1H且与X相关联的磁化的函数。将RF1、RF2、RF3和RF4示为方框。方框表示可具有包括但不限于矩形、正弦曲线、高斯曲线以及双曲线的不同形状的RF脉冲。
图13图示出与也施加梯度且因此在P2处产生不同类型的信号的HMQC过程相关联的脉冲序列。除施加RF1、RF2、RF3和RF4之外,施加梯度G1和G2。在RF1和RF2的施加之间施加G1且在施加RF2之后施加G2。在施加RF2之后施加G2可涉及在施加后续(未示出)RF脉冲之前施加G2。G1和G2可具有不同的性质。例如,G1的振幅A2可与G2的振幅A3不同。G1和G2被示为方框。方框表示可在时间或空间中具有不同形式的不均匀磁场。不同形式包括但不限于矩形、二次曲线、高斯曲线以及双曲线。可将方框称为梯度。类似于图12,图13中所示的过程将在序列中的单个读出点P2处产生相干性的最大传递。然而,不同于图12,在P2处产生的信号将仅仅是如下磁化的函数:沿着路径(路径1)从1H传递至X且再次地返回。
由于1H和X被耦合、键合、关联或者另外相关的方式影响1H和X之间的量子相关,所以在P2处获取的信号提供除体积中的仅单纯1H和X的存在之外的信息。在P2处获取的信号还提供关于(如果有的话)1H和X当前如何在体积中相关联(例如,键合、配对、量子相关)的信息。
类似于NMRfp,异核NMRfp较少地依赖于单个读出点且更多地依赖于较长的连续采样。因此,在一个实施例中,异核NMRfp施加RF和梯度来产生在共振状态之间来回的随机化的信号传递,以促进多个读出时段过程上的相干性的更加连续的采样,而不仅仅寻求在类似P1或P2点处的一个回波。在另一个实施例中,异核NMRfp施加RF和梯度从单独的核子来产生单独的信号,其中,那些单独的信号可被获取作为(k,t,E,n)空间中的信号演进。
图14图示出与异核NMRfp相关联的设备1400。设备1400包括至少两个单独可控的射频(RF)发射(TX)线圈1410和1420。RF TX线圈1410和1420被配置成向样本施加NMRfp RF激励。在一个示例中,所述至少两个单独可控的RF TX线圈1410和1420被配置成并行施加NMRfp RF激励。
设备1400包括异核NMRfp RF激励逻辑1430,其被配置成控制所述至少两个RF TX线圈1410和1420来产生不同的NMRfp RF激励。可通过施加协调的成对系列的可变序列块(如图15-19中所示)来产生不同的NMRfp激励。回想起,不同的NMRfp RF激励可被配置成引起不同类型的核子来产生不同的信号演进。并非从所有可用TX线圈施加相同的NMRfp RF激励,设备1400可从不同的TX线圈施加不同的激励。在一个示例中,施加不同的激励可在样本中产生空间不均匀性。
在一个示例中,NMRfp RF激励逻辑1430被配置成使得第一NMRfp RF激励和第二NMRfp RF激励在靶核、振幅、相位、频率、翻转角以及延迟时间中的一个或多个方面改变。在另一个示例中,NMRfp RF激励逻辑1430被配置成控制NMR设备1400以符合NMRfp约束的一系列可变序列块向样本来施加RF能量。该系列的构件可在线圈内和在线圈之间两者改变。
设备1400可包括并行发射逻辑1440,其被配置成控制NMRfp RF激励逻辑1430,来引起第一单独可控的RF TX线圈向样本施加第一NMRfp RF激励,并引起第二单独可控的RF TX线圈向样本施加不同的第二NMRfp RF激励。在一个示例中,第一和第二激励被选择、协调以及被配置成在样本中的第一区域和样本中的第二区域之间产生空间不均匀性。第一和第二激励可被选择、协调以及被配置成使得空间不均匀性足以引起第一区域中的一个类型的核子产生第一信号演进并引起第二区域中的另一个类型的核子产生第二信号演进。这促进了使第一信号演进从第二信号演进去相关。虽然描述了两个线圈和两个激励,但是要认识到,可采用更大数目的线圈和更大数目的激励。另外,在一个实施例中,可每个核子仅有单个发射线圈。在一个实施例中,可同时地产生两个激励。
设备1400还可包括NMR逻辑1450,其被配置成反复地且可变地对与样本相关联的(k,t,E,n)空间进行采样来获取一组NMR信号。回想起,该组NMR信号的构件与(k,t,E,n)空间中的不同点相关联,其中,k是k空间,t是时间,E包括至少一个NMR参数,其中,n是核子,并且其中,t和E中的一个或多个非线性地改变。
设备1400还可包括被配置成从该组NMR信号产生NMR信号演进的信号逻辑1460和被配置成将产生的NMR信号演进与已知NMR信号演进相比较的匹配逻辑1470。
设备1400还可包括被配置成使第一信号演进从第二信号演进去相关的去相关逻辑1480和被配置成至少部分基于将所产生的NMR信号演进与已知NMR信号演进或已知信号演进的组合相比较来表征对象中一个或多个类型的核子的表征逻辑1490。
在一个示例中,可将表征逻辑1490配置成提供适合于产生诊断图像的图像像素数据。可从产生的NMR信号演进与已知NMR信号演进之间的相关以及已知信号演进与图像像素数据之间的相关识别图像像素数据。
在另一个示例中,可将表征逻辑1490配置成提供从产生的NMR信号演进与已知NMR信号演进或已知信号演进的组合之间以及已知信号演进与NMR参数数据之间的相关来识别的NMR参数数据。
常规HMQC和HSQC在多核子上使用一系列协调脉冲以将磁化从第一核子(例如,1H)传递至第二核子(例如,X)然后在一定的混合时间之后返回至质子。X可以是例如13C。脉冲以及由此的传递可与梯度协调,使得以下更有可能:每次使与仅一个相关路径相关联的结果被可视化。当适当地设计、定时和施加梯度时,则磁化将从第一类型的核子传递至第二类型的核子并返回。在传递之后,可以接收信号,该信号仅是如下磁化的函数:沿着量子相关路径从第一核子传递至第二核子然后返回。
图15图出与一个示例性异核NMRfp过程相关联的脉冲序列,其中,使用恒定的间距施加RF以激励两个不同类型的核子(例如,1H、X,其中,X指代某个其他元素)。在该示例中,RF10不同于RF40(例如,振幅A1H1 !=振幅AX1),RF20不同于RF50(例如,A1H2 !=AX2),并且RF30不同于RF60(例如,A1H3 !=AX3)。施加不同的RF脉冲,以在相关(例如,相应、并行、同时)的时间激励核子,并且使脉冲以恒定的间距分离。RF10与RF20以间隔I10分离,间隔I10类似于(例如,等于)将RF40与RF50分离的间隔I30。类似地,RF20与RF30以间隔I20分离,间隔I20类似于(例如,等于、基本上等于)RF50和RF60之间的间隔I40。虽然示出了不同的振幅(例如,量值),但是对于相应RF脉冲而言还可存在不同的相位。本领域技术人员将认识到可涉及其他脉冲。
图15图示出其中向相互不同的核子类型施加后续RF脉冲的脉冲序列。在一个实施例中,脉冲可在至少三个参数方面不同。所述三个参数可包括但不限于量值、相位、脉冲形状、持续时间、施加脉冲的时间以及脉冲之间的间隔。
图16图示出与另一个示例性异核NMRfp过程相关联的脉冲序列,其中,使用可变的、匹配的间距施加RF以激励两个不同类型的核子(例如,1H、X)。在该示例中,RF10不同于RF40(例如,A1H1 !=AX1),RF20不同于RF50(例如,A1H2 !=AX2),并且RF30不同于RF60(例如,A1H3 !=AX3)。在相应的时间向两个种类施加不同的RF脉冲,但是所述脉冲在其自己的系列内以可变间距分离。RF10以间隔I11与RF20分离,间隔I11不同于将RF20与RF30分离的间隔I21。类似地,RF40以间隔I31与RF50分离,间隔I31不同于RF50与RF60之间的间隔I41。虽然示出了不同的振幅(例如,量值),但是对于相应RF脉冲而言还可存在不同的相位。脉冲之间的此类间距能够被改变,以改变相干传递的形式。这可对于具有大的频率间距的X核子(例如,13C)有用。
图16图示出其中向相互不同的核子类型施加后续RF脉冲的脉冲序列。在一个实施例中,脉冲可在至少三个参数方面不同。所述三个参数可包括但不限于量值、相位、脉冲形状、持续时间、施加脉冲的时间以及脉冲之间的间隔。
图17图示出另一个示例性异核NMRfp过程,其中,使用可变的、不匹配的间距向两个不同类型的核子(例如,1H、X)施加RF。在该示例中,RF10不同于RF40(例如,A1H1 !=AX1),RF20不同于RF50(例如,A1H2 !=AX2),并且RF30不同于RF60(例如,A1H3 !=AX3)。在不同的时间向两个类型的核子施加不同的RF脉冲,并且用于单个类型的核子的系列中的脉冲在其自己的系列内以可变间距分离。RF10以间隔I12与RF20分离,间隔I12不同于将RF40与RF50分离的间隔I32且不同于将RF20与RF30分离的间隔I22。类似地,RF20以间隔I22与RF30分离,间隔I22不同于RF50与RF60之间的间隔I42。虽然示出了不同的振幅(例如,量值),但是对于相应RF脉冲而言还可存在不同的相位。因此,图17图示出RF脉冲分别在不同核子之间的量值、相位以及间距方面的变化。脉冲之间的此类间距以及种类之间的间距之间的差异能够被改变,以改变相干性传递的形式。
图17图示出其中向相互不同的核子类型施加后续RF脉冲的脉冲序列。在一个实施例中,脉冲可在至少三个参数方面不同。所述三个参数可包括但不限于量值、相位、脉冲形状、持续时间、施加脉冲的时间以及脉冲之间的间隔。
图18图示出示例性异核NMRfp过程,其中,使用具有可变的、匹配的间距的两个协调系列的可变序列块向两个不同类型的核子(例如,1H、X)施加RF。在该示例中,还施加梯度。例如,可在间隔I10期间施加第一梯度G1,并且可在间隔I20期间施加第二梯度G2。所述梯度可导致获取的信号是以下磁化的函数:沿着1H与X之间的量子相关路径从1H传递至X然后返回。所述梯度可具有变化的间距、强度以及形式。例如,G1可具有第一振幅AG1,其不等于梯度G2的振幅AG2。在不同的示例中,梯度可具有任意或随机的间距。通过举例说明,梯度G1可在更靠近RF10的第一时间被施加,或者可在更靠近RF20的第二时间T2被施加。随着脉冲序列前进,梯度可在变化的时间出现。
图18图示出其中向相互不同的核子施加后续RF脉冲的脉冲序列。在一个实施例中,脉冲可在至少三个参数方面不同。所述三个参数可包括但不限于量值、相位、脉冲形状、持续时间、施加脉冲的时间以及脉冲之间的间隔。
图19图示出与示例性异核过程相关联的脉冲序列,其中,使用具有可变的、匹配的间距的三个协调系列的可变序列块来施加RF以激励三个不同类型的核子(例如,1H、X1、X2)。在该示例中,RF10不同于RF40且两者不同于RF70(例如,A1H1 !=AX11 !=AX21),RF20不同于RF50且两者不同于RF80(例如,A1H2 !=AX12 !=AX22),并且RF30不同于RF60且两者不同于RF90(例如,A1H3 !=AX13 !=AX23)。在相应的时间施加不同的RF脉冲来激励三个类型的核子,但是所述脉冲以可变间距分离。RF10以间隔I10与RF20分离,间隔I10不同于将RF20与RF30分离的间隔I20。在一个示例中,间隔I50与间隔I10匹配,并且间隔I60与间隔I20匹配。其他不同间距也被示出。虽然示出了不同的振幅(例如,量值),但是对于相应RF脉冲而言还可存在不同的相位。脉冲之间的此类间距能够被改变,以改变相干传递的形式。该示例性过程可对于不同类型的核子的一些组(包括但不限于(1H,17O,31P)和(1H,23Na,31P))有用。通过举例说明,(1H,17O,31P)可对分析线粒体功能有用,并且(1H,23Na,31P)可对分析其他代谢过程有用。
图19图示出其中向相互不同的核子类型施加后续RF脉冲的脉冲序列。在一个实施例中,脉冲可在至少三个参数方面不同。所述三个参数可包括但不限于靶核、量值、相位、脉冲形状、持续时间、施加脉冲的时间以及脉冲之间的间隔。
虽然已通过描述示例而举例说明了示例性系统、方法等,并且虽然已相当详细地描述了示例,但是申请人的意图并不在于将所附权利要求的范围约束或以任何方式限于这样的细节。当然,不可能为了描述本文所述的系统、方法等而描述部件或方法的每个可想到的组合。因此,本发明不限于所示和所述的特定细节、代表性设备以及说明性示例。因此,本申请意图涵盖落在所附权利要求范围内的变更、修改以及变体。
下面包括在本文中采用的所选术语的定义。定义包括落在术语范围内且可被用于实现的部件的各种示例和/或形式。该示例并不意图是限制性的。术语的单数和复数形式两者可在所述定义内。
对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等的引用表示所描述的一个或多个实施例、或者一个或多个示例可包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限制,但是并非每个实施例或示例都必须包括该特定特征、结构、特性、性质、元素或限制。此外,短语“在一个实施例中”的重复使用不一定指代同一实施例,虽然也可以指代同一实施例。
本文所使用的“计算机可读介质”指代存储信号、指令和/或数据的非瞬时性介质。计算机可读介质可采取包括但不限于非易失性介质以及易失性介质的形式。非易失性介质可包括例如光盘、磁盘及其他盘。易失性介质可包括例如半导体存储器、动态存储器及其他存储器。计算机可读介质的常见形式可包括但不限于软盘、软磁盘、硬盘、磁带、其他磁性介质、ASIC、CD、其他光学介质、RRAM、ROM、存储器芯片或卡、记忆棒以及计算机、处理器或其他电子设备可以从其进行读取的其他介质。
本文所使用的“逻辑”包括但不限于在机器上执行的硬件、固件、关键和/或每个的组合,以执行一个或多个功能或一个或多个动作,和/或根据另一逻辑、方法和/或系统引起的功能或动作。逻辑可包括软件控制的微处理器、分立逻辑(例如,ASIC)、模拟电路、数字电路、编程逻辑器件、包含指令的存储器件及其他设备。逻辑可包括一个或多个门、门的组合或其他电路部件。在描述多个逻辑性逻辑的情况下,可以将多个逻辑性逻辑结合成一个物理逻辑。类似地,在描述单个逻辑性逻辑的情况下,可以将单个逻辑性逻辑分布在多个物理逻辑之间。
“可操作连接”或用来将实体“可操作地连接”的连接是如下的连接:其中信号、物理通信和/或逻辑通信可被发送和/或接收。可操作连接可包括物理接口、电接口和/或数据接口。可操作连接可包括足以允许可操作控制的接口和/或连接的不同组合。例如,两个实体可以被可操作地连接,以直接地或通过一个或多个中间实体(例如,处理器、操作系统、逻辑、软件)来相互传送信号。可以使用逻辑和/或物理通信信道来创建可操作连接。
本文所使用的“用户”包括但不限于一个或多个人、软件、计算机或其他设备或其组合。
就在详细的说明书和权利要求中采用术语“包括”或“包含”来说,如当采用其作为权利要求中的过渡词时解释该术语一样,其意图是包括性地(以与术语“包括”类似的方式)。
就在详细的说明书或权利要求中采用术语“或”(例如,A或B)来说,其意图是意味着“A或B或两者”。当申请人意图表示“仅A或B而非两者”时,则将采用术语“仅A或B而非两者”。因此,本文中术语“或”的使用是包括性的而非排他性的使用。参见Bryan A. Garner的A Dictionary of Modern Legal Usage 624(第二版1995)。
就本文中采用短语“A、B和C中的一个”(例如,被配置成存储A、B和C中的一个的数据存储装置)来说,其意图传达一组可能性:A、B、C、AB、AC、BC或ABC(例如,数据存储装置可存储仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、或者A和B和C)。并不意图要求A中的一个、B中的一个以及C中的一个。当申请人意图表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”时,则将采用短语“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
就本文中采用短语“A、B和C中的一个或多个”(例如,被配置成存储A、B和C中的一个或多个的数据存储装置)而言,其意图传达一组可能性:A、B、C、AB、AC、BC、ABC、AA…A、BB…B、CC…C、AA…ABB…B、AA…ACC…C、BB…BCC…C或AA…ABB…BCC…C(例如,数据存储装置可存储仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、A和B和C或者它们的其他组合)。并不意图要求A中的一个、B中的一个以及C中的一个。当申请人意图表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”时,则将采用短语“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
Claims (20)
1.一种用于控制核磁共振(NMR)设备的方法,包括:
控制所述NMR设备向对象中的体积来施加射频(RF)能量,
其中,以两个或更多协调系列的可变序列块施加所述RF能量,
其中,可变序列块包括一个或多个激励阶段、一个或多个读出阶段以及一个或多个等待阶段,
其中,一系列的可变序列块中的至少一个序列块在至少N个序列块参数方面不同于所述系列中的至少一个其他可变序列块,N是大于一的整数,
其中,所述协调系列的第一构件被配置成引起所述体积中的第一核子类型产生第一NMR信号,以及
其中,所述协调系列的第二构件被配置成引起所述体积中的不同的第二核子类型产生第二NMR信号;
控制所述NMR设备从所述体积来获取信号演进,其中,所述信号演进是通过以所述协调系列的可变序列块施加所述RF能量而产生的NMR激励的函数;以及
控制所述NMR设备将所述体积来表征为将所述信号演进与参考信号演进以及参考信号演进的组合中的一个或多个相比较的函数。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述RF能量被配置成根据量子相关路径而引起所述第一核子类型与所述第二核子类型之间的磁化传递。
3.如权利要求2所述的方法,其中,所述第一核子类型是1H,并且其中,所述第二核子类型是13C、14N、15N、31P和17O中的一个。
4.如权利要求2所述的方法,其中,所述第一核子类型是13C,并且其中,所述第二核子类型是14N和31P中的一个。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述N个序列块参数包括以下各项中的三个或更多:回波时间、翻转角、相位编码、扩散编码、流编码、RF脉冲振幅、RF脉冲相位、RF脉冲的数目、在序列块的激励部分与序列块的读出部分之间施加的梯度类型、在序列块的激励部分与序列块的读出部分之间施加的梯度的数目、在序列块的读出部分与序列块的激励部分之间施加的梯度的类型、在序列块的读出部分与序列块的激励部分之间施加的梯度的数目、在序列块的读出部分期间施加的梯度的类型、在序列块的读出部分期间施加的梯度的数目、RF扰相的量以及梯度扰相的量。
6.如权利要求1所述的方法,包括:
控制所述NMR设备来改变序列块之间的时间量、序列块中的RF脉冲的相对振幅以及序列块中的RF脉冲的相对相位中的一个或多个。
7.如权利要求1所述的方法,包括:
控制所述NMR设备根据被配置成以欠采样速率R对所述对象进行欠采样的部分随机获取方案来施加RF能量。
8.如权利要求1所述的方法,其中,所述参考信号演进包括用下式来表征的在该组信号演进以外的信号:
SE=A-Be-t/C
其中:
SE是信号演进,
A是常数,
B是常数,
t是时间,以及
C是单弛豫参数。
9.如权利要求1所述的方法,其中,所述参考信号演进包括从由下式中的一个所描述的一组信号演进所选取的信号演进:
及
其中:
SE是信号演进,
NA是序列块的数目,
NRF是序列块中的RF脉冲的数目,
α是翻转角,
Φ是相位角,
Ri(α)是由于非共振而引起的旋转,
RRFij(α,Φ)是由于RF差而引起的旋转,
R(G)是由于梯度而引起的旋转,
T1是自旋晶格弛豫,
T2是自旋间弛豫,
D是扩散弛豫,
f是共振频率,以及
Ei(T1,T2,D,f,...)是每序列块的信号变化。
10.如权利要求1所述的方法,其中,所述信号演进的信号内容直接随N而改变。
11.如权利要求1所述的方法,包括:
控制所述NMR设备,以选择性地从布置在可用于所述NMR设备的并行发射阵列中的两个或更多TX线圈中的第一TX线圈来施加选自所述协调系列的可变序列块的第一组序列块,并且从所述两个或更多TX线圈中的第二TX线圈来施加选自所述协调系列的可变序列块的第二组序列块;以及
控制所述NMR设备来获取响应于施加所述第一组和所述第二组而同时产生的单独NMR信号演进。
12.如权利要求11所述的方法,包括选择所述第一组和所述第二组,使得各组的构件在振幅、相位、频率、延迟以及翻转角中的一个或多个方面不同。
13.如权利要求11所述的方法,包括选择所述第一组和所述第二组,使得构件在有效地改变样本中的不同序列块之间以及不同位置之间的对比度的量方面不同。
14.如权利要求11所述的方法,其中,所述第一组和所述第二组被配置成在被施加所述第一组和所述第二组的所述样本中产生空间不均匀性,所述空间不均匀性是翻转角或激励相位分布。
15.一种核磁共振(NMR)设备,包括:
NMR逻辑,被配置成反复地且可变地对与对象相关联的(k,t,E,n)空间进行采样来获取与所述样本中的两个或更多类型的核子相关联的一组NMR信号,其中,该组NMR信号的构件与所述(k,t,E,n)空间中的不同点相关联,其中,k是频率步幅,t是时间,其中,E包括至少一个NMR参数,并且其中,n是核子;
信号逻辑,被配置成从该组NMR信号产生NMR信号演进,以及
匹配逻辑,被配置成将所产生的NMR信号演进与已知NMR信号演进或信号演进的组合相比较。
16.如权利要求15所述的设备,包括:
两个或更多单独可控的射频(RF)发射(TX)线圈,被配置成并行地向所述样本施加NMRfp RF激励;
NMRfp RF激励逻辑,被配置成控制所述两个或更多RF TX线圈的构件以产生NMRfp RF激励,其中,单独NMRfp RF激励被配置成引起所述样本中的所述两个或更多类型的核子产生不同的信号演进;
并行发射逻辑,被配置成控制所述NMRfp RF激励逻辑以引起所述两个或更多单独可控的RF TX线圈的第一构件向所述样本施加第一NMRfp RF激励,并且引起所述两个或更多单独可控的RF TX线圈的第二构件向所述样本施加不同的第二NMRfp RF激励,
其中,所述第一NMRfp RF激励和所述第二NMRfp RF激励被配置成在所述样本中的第一区域和所述样本中的第二区域之间产生空间不均匀性,并且
其中,所述空间不均匀性足以引起所述第一区域中的核子产生第一信号演进,并且引起所述第二区域中的核子产生第二信号演进,其中,所述第一信号演进与所述第二信号演进以超过阈值量正交。
17.如权利要求15所述的NMR设备,其中,所述NMR逻辑被配置成根据被设计成引起在第一核子类型与第二核子类型之间的磁化传递的可变系列的序列块来施加RF,其中,在所述第一核子类型与所述第二核子类型之间存在量子相关路径,并且其中,所述磁化传递沿着所述量子相关路径发生。
18.如权利要求17所述的NMR设备,包括表征逻辑,所述表征逻辑被配置成至少部分地基于将所产生的NMR信号演进与所述已知NMR信号演进或信号演进的组合相比较来表征所述对象中的核子。
19.如权利要求18所述的NMR设备,其中,所述可变系列的序列块中的至少一个构件在序列块中的α2脉冲的数目、序列块中的α2脉冲的间距、序列块中的α2脉冲的相位以及序列块中的α2脉冲的振幅中的至少一个方面不同于所述可变系列的序列块中的至少一个其他构件。
20.一种存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质,所述计算机可执行指令当被计算机执行时控制所述计算机执行一种方法,所述方法包括:
控制核磁共振设备(NMR)来施加射频(RF)能量,所述射频(RF)能量适合于在体积中的两个或更多不同类型的核子中产生并发的核磁共振,其中,所述两个或更多不同类型的核子共享量子相关,
其中,控制所述NMR设备以至少两个不同的序列块来施加所述RF能量,所述至少两个不同的序列块在α2脉冲的数目、α2脉冲的振幅、α2脉冲的相位以及α2脉冲之间的间距中的至少两个或更多方面不同;以及
通过将从所述体积获取的NMR信号与参考信号演进或信号演进的组合进行模式匹配来确定用于所述两个或更多不同类型的核子的两个或更多NMR参数。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |