CN108697372B - 具有文化敏感性的用于乳房组织的快速和舒适磁成像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开的实施方式提供了一种用于对受试者的乳房组织成像的装置和方法，其中，受试者被定位在结构上，使得受试者的身体的至少一部分被该结构支撑，利用包括位于该结构附近的多个MRI线圈的MRI系统对受试者的身体的该部分执行磁共振成像，其中，当受试者的身体的该部分被定位于该结构上时，受试者的身体的乳房组织在所述附近的多个MRI线圈处被压缩。

Description

具有文化敏感性的用于乳房组织的快速和舒适磁成像的装置 和方法

交叉引用和优先权声明：

本专利申请要求于2016年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FORRAPID COMFORTABLE MAGNETIC IMAGING OF BREAST TISSUES,WITH CULTURALSENSITIVITY”的、临时专利申请号为专利申请序列号62/296,344的美国临时申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

公开的实施方式提供了用于人体组织、特别是乳房组织的临床成像的方法和装置。

背景技术

传统的乳房成像系统已被用于检测和表征乳房病变。这种系统使用各种成像模态，包括基于X射线的成像模态、超声成像模态、磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging，MRI)模态、以及可见光和红外光成像模态。

发明内容

公开的实施方式提供了一种用于对受试者的乳房组织进行成像的装置和方法，其中受试者被定位在结构上，使得受试者的身体的至少一部分由该结构支撑，使用位于该结构附近的包括多个MRI线圈的MRI系统对该受试者的身体的该部分执行磁共振成像，其中，当受试者的身体的该部分被定位在该结构上时，该受试者的身体的乳房组织在多个MRI线圈的附近被压缩。

附图说明

详细描述特别参考以下附图，其中：

图1示出了该装置的一个实施方式，包括用于人坐在其上的椅子或其它支撑物100，以及人可以在其上放置她或他的乳房组织的MRI系统110。

图2示出了描述所述装置和方法的操作的流程图。

具体实施方式

图1示出了该装置的一个实施方式，该装置包括用于人坐在其上的椅子或其它支撑物100、以及人可以在其上放置她或他的乳房组织的MRI系统110。出于所公开的实施方式的目的，术语MRI系统包括用于使用磁共振或磁性粒子成像来形成图像的部件。MRI系统110包括子单元130和140，其中，子单元130包括使乳房组织中的质子或其它原子核或电子极化的线圈或磁体(或电永磁体)，并且其中子单元140包括梯度线圈和/或射频线圈以形成图像。支撑结构120可以支撑MRI系统并且可以包含操作或移动MRI系统所需要的其它部件、例如轮子和/或电池。显示系统未在图中示出，但应理解为存在以便观看图像。

图2示出了描述所述装置和方法的操作的流程图。受试者贴靠MRI系统110以开始过程200。在210收集图像，且然后在220，受试者移动离开MRI。

公开的实施方式包括用于对哺乳动物的乳房成像的装置和方法。根据至少一个实施方式，人(通常是女性)坐在患者支撑结构100上，在重力的帮助下将她的乳房组织放置在MRI系统110上，从而部分地压缩乳房组织。压缩在单侧MRI中可能是有帮助的，因为在单侧MRI中，可用的视野通常不会延伸为遍及患者全身，而是仅从MRI系统的边缘延伸一小段距离(例如，15cm)。通常，坐的动作会弯曲膝盖；然而，可以提供有助于受试者的舒适度的替选结构配置，以促进受试者和乳房组织的定位。

应理解，术语“她”可以指男性或女性，术语“乳房”可以指男性乳房(由于有男子女性型乳房)，或者指包括人造标记物或填充物的女性乳房。

应当理解，根据公开的实施方式，由于通常难以在单侧MRI中获得在整个乳房上的非常好的均匀性，因此可以分段获得乳房的乳房组织的图像，即通过一次对乳房的一个或多个截面进行成像。可以用软件将这样的截面图像聚集成整个乳房的图像。应当理解，乳房组织的某些部分的空间分辨率可以与其它部分不同，这取决于在图像采集时所施加的梯度，这对于更好地表征乳房组织的某些区域可以是有用的。

根据至少一个实施方式，由于来自乳房组织的MRI信号基本上不受存在于乳房组织和MRI之间的衣物薄层的影响，因此受试者不必脱衣服。这种不脱衣物的要求具有在其它乳房成像模态中通常找不到的特别的技术效用，并且在某些情况下在存在文化上禁止脱去衣物的人群中是有用的。

根据至少一个实施方式，MRI系统110可以悬挂或以其它方式附接到平台120，平台120可以包含电子器件或电池或轮子或其它材料。应理解，患者支撑结构100和/或MRI支撑结构120可具有可调节的零件，以便适应不同高度和尺寸的患者。

MRI系统110可以是单侧MRI(如图1所示)，或者可以是3侧系统，只要人可以将她的胸部靠在系统110的一部分上。MRI系统110的该部分包括用于形成MR图像的子单元130和140。子单元130可包括电线圈和/或电永磁体，其中，所述电永磁体由流过电线圈的瞬态电流磁化并保持激活，直至由流过电线圈的其它瞬态电流消除磁化。子单元140包括形成图像可能需要的射频线圈、梯度线圈、预极化线圈和/或匀场线圈。子单元130的线圈也可以起到梯度线圈和匀场线圈的作用。应当理解，用于防止用户干扰的防水材料或另外的壳体材料可以覆盖MRI系统110和/或其子单元。

在一个实施方式中，所有通过引用并入的如Irving Weinberg在名称为“APPARATUS AND METHOD FOR DECREASING BIO-EFFECTS OF MAGNETIC FIELDS”的美国专利8,154,286中所描述的超快和高幅度梯度脉冲、以及相关的专利和专利申请(通过优先权要求而相关)，可以用于收集许多组数据点，以便实现高空间分辨率和信噪比，而不引起不舒服的神经刺激。如在专利8,154,286中所教导的，MRI可以采用10微秒或更短的梯度过渡时间，该时间短于神经组织的神经反应时间。转换速率(即，每次每段距离的磁场的变化)由于减小的脉冲斜坡时间而提高。由于若干因素，磁梯度脉冲的稳定幅度与现有技术相比增加。第一，稳定幅度可以由于如上所述的改进的转换技术而增加。第二，稳定幅度可以由于在类似于神经反应时间的短的时间段内被去极化或再极化而增加。如专利8,154,286中所述的，梯度脉冲的幅度可以高达1000T/m。

这种高的磁梯度场的幅度可以是400mT或更高，具有10微秒或更短的上升时间。梯度脉冲可以如此快速以至于允许在非常短的时间(例如10秒或更短)内得到，使得在获得梯度脉冲期间乳房几乎没有运动，从而减少由于“运动性模糊”造成的分辨率损失。

根据至少一个实施方式，可以激活预极化线圈以便改善信噪比，如Weinberg的名称为“ULTRA-FAST PRE-POLARIZING MAGNETIC RESONANCE IMAGING AND SYSTEM”的美国专利8,836,329(通过引用并入)中所教导的。如美国专利8,836,329中所教导的，可以将预极化磁脉冲施加到感兴趣的结构上，其中磁脉冲具有小于10微秒的上升时间和小于10微秒的下降时间，或者预极化磁脉冲之后的磁脉冲具有小于10微秒的上升时间和小于10微秒的下降时间。如在专利8,836,329中所描述的，通常已知的是，由于更多的旋转(spin)被对齐，在脉冲序列的极化部分期间施加高瞬态磁场产生改善的信号(参见例如，A Macovski、SConolly在医学中的磁共振(Magnetic Resonance in Medicine)30:221-230中的“NOVELAPPROACHES TO LOW-COST MRI”，其主题通过引用整体并入本文)；结果，该场的施加随后导致在预极化线圈返回其平衡状态时输出更显著的信号。

根据至少一个实施方式，在邻近铁磁材料的情况下，电永磁体可以被消磁，如Weinberg和Nacev的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR MANIPULATING ELECTRO-PERMANENT MAGNETS FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING AND IMAGE GUIDED THERAPY”的美国临时专利申请号62/292,945(现在递交为美国专利申请15/427,426)(通过引用并入)所教导的。如在该申请中所教导的，软磁材料可以紧邻附加的软磁材料和硬磁材料以及导电材料以形成一个或多个电永磁阵列。软磁材料附近的导电材料可以通过电流通电，使得来自一个或多个电永磁阵列的磁分量将在一个方向和/或幅度上被磁化，所述方向和/或幅度可以由用户(经由控制设备)选择或由计算机(其提供自动或半自动控制器)通过算法自动操作。通过调节一个或多个电永磁阵列的磁化，可以减少或增加由该一个或多个电永磁阵列产生的磁场。在一个实施方式中，超快梯度脉冲可以用于有效地可视化和/或划分乳房组织中的小的钙化点，这用MRI通常是不可能的，因为MRI的脉冲序列太慢而不能捕获来自钙化点附近的固体结合水(solid-bound water)的快速衰减信号。该方法类似于Nacev在名称为“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH SLEW RATE SINGLE POINT MAGNETIC RESONANCEIMAGING OF MAGNETIZABLE NANOPARTICLES”的美国临时专利申请号62/255,843(现在提交为美国专利申请15/352,164)(通过引用并入)中描述的方法。如在这些专利申请中所教导的，磁梯度脉冲施加非常短的持续时间(例如，在微秒10至200微秒之间)，和/或快速接通和/或关闭(例如，在10微秒至100微秒之间)。快速致动的短梯度脉冲(参见330和340)允许被极化的物质在RF激励脉冲(例如，具有非常短的TE时间)之后非常快速地成像。在微钙化区域中来自质子的信号的快速衰减可用于划分微钙化点，从而帮助诊断。

根据至少一个实施方式，该装置可以足够轻，以便在轮子上运输，并且可以采用如此小的功率来操作使得可以使用电池或小型发电机在远程位置操作该装置。

来自电永磁体的磁场可以通过施加电流而快速减小，这在铁磁物体被吸引到电永磁体的情况下将会是有用的。根据至少一个实施方式，这种快速减小将由技术人员致动。在一个实施方式中，所述减小可以由检测接近该装置的铁磁物体的存在的计算机自动执行。所述检测可以包括由装置收集的射频信号的变化。在Weinberg的名称为“METHOD ANDAPPARATUS FOR USING ELECTROPERMANENT MAGNETS FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGINGAND IMAGE-GUIDED THERAPY”(通过引用并入)的美国专利申请号15/427,426(如上文讨论的)中描述了这种安全特征的示例。

根据至少一个实施方式，利用该装置获得的图像的像素尺寸可小于50微米，如Nacev和其他人在2014ISMRM出版物中的名称为“A quiet,fast,high-resolution desktopMRI capable of imaging solid-bound water”(通过引用并入)中所教导的。

在至少一个实施方式中，快速MRI脉冲序列被用于成像富含钙的结构，诸如通常伴随乳腺癌的微钙化点。在Nacev的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH SLEW RATESINGLE POINT MAGNETIC RESONANCE IMAGING OF MAGNETIZABLE NANOPARTICLES”(如上文讨论的，且通过引用并入)的美国专利申请15/352,164中描述了这种脉冲序列的使用而没有令人不愉快的神经刺激。传统的MRI系统从这种结构获得低信号。

根据至少一个实施方式，像素尺寸可小于20微米。

根据至少一个实施方式，空间分辨率和像素尺寸足以实行MRI组织学研究，其中可以观察细胞的内部特征(例如，核与细胞质的比率)以便表征细胞是否为恶性的。应当理解，可以采用利用该装置获得的MR图像，以便指导活检或其它介入。这种介入的示例可包括经由射频沉积、或经由加热或通过静脉引入身体内的小的磁粒子的运动或一些其它手段来摧毁肿瘤细胞。

应当理解，利用本发明公开的装置获得的MRI检查可以在进行对比的情况下执行，和/或可以采用扩散加权或其它成像方法来检测和表征乳房病变。应当理解，图像可以用于通过与其它成像模态(诸如超声)的相关性潜在地引导活检。还应该理解，超声换能器可以被结合入MRI系统110中，以便收集共同配准的MRI和超声图像。

根据至少一个实施方式，可以在与系统的单个会话中获得一个乳房或两个乳房的图像。

根据至少一个实施方式，MRI系统内的一个或多个线圈或电永磁体可以用增材制造来制造，如Urdaneta等人在2011IEEE医学成像论文集(Medical Imaging Proceedings)中的名称为“Good-bye Wires and Formers:3-D Additive Manufacturing and FractalCooling Applied to Gradient Coils”中所教导的。

根据至少一个实施方式，受试者可以通过使用她的手臂抓住来自装置的突起物而将自己拉向MRI系统。

出于本发明的目的，术语“外部压力”旨在表示除了重力或受试者自身的施加力之外、施加于受试者的任何部分的任何力。作为示例，受试者可以贴靠该装置，利用重力使乳房的一个或多个部分压靠该装置的一个或多个表面。在替选实施方式中，受试者可以使用她的手臂抓住突起物以将乳房的一个或多个部分压靠在装置的一个或多个表面。

应当理解，本发明既可以应用于男性，又可以应用于女性。在男性的情况下，所公开的实施方式的技术效用对于为男性的乳房检查提供良好的选择是特别有用的。

应当理解，本文阐述的操作可以与运行软件算法的一个或多个通用计算机结合或在运行软件算法的一个或多个通用计算机的控制下实现，所述软件算法用于提供当前公开的功能并将这些计算机转换成专用计算机。

此外，考虑到上述教导，本领域技术人员将认识到，上述示例性实施方式可以基于由合适的计算机程序编程的一个或多个编程处理器的使用。然而，可以使用硬件部件等同物(诸如专用硬件和/或专用处理器)来实现所公开的实施方式。类似地，通用计算机、基于微处理器的计算机、微控制器、光学计算机、模拟计算机、专用处理器、应用程序专用电路和/或专用硬连线逻辑可用于构建可替选的等同实施方式。

此外，应当理解，可以使用可以存储在有形的非暂时性存储设备(诸如存储指令的非暂时性计算机可读存储设备)中的软件指令来提供上述部件的控制和协作，当在一个或多个编程处理器上执行时，该软件指令执行上面描述的方法操作和所产生的功能。在这种情况下，术语非暂时性旨在排除发送的信号和传播波，但不排除可擦除或依赖于电源以保留信息的存储设备。

考虑到上述教导，本领域技术人员将理解，用于实现上述特定实施方式的程序操作和进程以及相关数据可以使用磁盘存储器以及其它形式的存储设备来实现，其它形式的存储设备包括但不限于非暂时性存储介质(其中非暂时性旨在仅用于排除传播信号而不排除暂时性信号，因为暂时性信号是通过移除电源或明确的消除动作来擦除的)，所述非暂时性存储介质诸如例如只读存储器(ROM)设备、随机存取存储器(RAM)设备、网络存储设备、光存储元件、磁存储元件、磁光存储元件、闪存、核心存储器和/或其它等同的不脱离特定实施方式的易失性和非易失性存储技术。这样的替选存储设备应被视为等同设备。

虽然已经描述了特定的示例性实施方式，但是显然根据前面的描述，许多替选、修改、置换和变化对于本领域技术人员而言将变得显而易见。因此，如上所述的各种实施方式旨在是示例性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。

Claims (12)

1.一种用于对受试者的乳房组织成像的装置，所述装置包括：

结构，所述受试者的身体的至少一部分被定位在所述结构上；

磁共振成像系统，所述磁共振成像系统包括位于所述结构附近的多个MRI线圈，

其中，当所述受试者的身体的所述部分被定位在所述结构上时，所述受试者的身体的乳房组织在所述附近的多个MRI线圈处被压缩而没有施加外部压力，

并且其中，所述磁共振成像系统包括电永磁体，所述电永磁体由流过电线圈的瞬态电流磁化并保持激活，直至由流过电线圈的其它瞬态电流消除磁化，其中，所述电永磁体被配置成在所述磁共振成像系统或技术人员检测到附近的铁磁材料的情况下快速消磁。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁共振成像系统是单侧的。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁共振成像系统生成超快磁梯度脉冲，以检测和/或划分来自所述乳房组织内的微钙化点的信号或来自所述乳房组织内的微钙化点附近的信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，利用所述装置获得的图像的像素尺寸小于50微米。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，在检查期间，所述受试者弯曲膝盖被定位在所述结构上。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，在患者和所述磁共振成像系统之间能够存在织物。

7.一种用于对受试者的乳房组织成像的方法，所述方法包括：

使所述受试者的身体的至少一部分定位在结构上；和

使用磁共振成像系统对所述受试者的身体的乳房组织成像，所述磁共振成像系统包括位于所述结构附近的多个MRI线圈，

其中，当所述受试者的身体的所述部分被定位在所述结构上时，所述受试者的身体的乳房组织在所述附近的多个MRI线圈处被压缩而没有施加外部压力，

并且其中，所述磁共振成像系统包括电永磁体，所述电永磁体由流过电线圈的瞬态电流磁化并保持激活，直至由流过电线圈的其它瞬态电流消除磁化，其中，静态磁场被配置成在所述磁共振成像系统或技术人员检测到附近的铁磁材料的情况下快速减小。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，磁梯度被足够快地激起以检测和/或划分来自微钙化点的信号或来自微钙化点附近的信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，通过成像获得的图像的像素尺寸小于50微米。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，在检查期间，所述受试者的膝盖是弯曲的。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，检查在10秒或更短的时间内完成。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，在用所述磁共振成像系统检查期间患者不需要脱衣服。

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