ES2871174T3 - Un procedimiento para determinar una función de respuesta al impulso de gradiente durante la ejecución de una secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética - Google Patents
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Abstract
1. </span>Un procedimiento para determinar una función de respuesta al impulso de gradiente real, en el que se genera un campo magnético principal en una región de muestra de un aparato de RM por medio de un imán principal y en el que se lleva a cabo una secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM) que comprende una primera secuencia y una segunda secuencia, según las cuales se generan campos de gradiente superpuestos dependientes del tiempo y campos de radiofrecuencia en una primera banda de RF en la región de muestra de acuerdo con dicha primera secuencia de RM para formar imágenes o espectros, los campos de gradiente son generados por medios de formación de gradiente del aparato de RM operados de acuerdo con una secuencia de formación de gradiente que forma parte de dicha primera secuencia de RM, el aparato de RM comprende además al menos una sonda de campo magnético, estando cada una de dichas sondas de campo magnético situada en una posición predeterminada y comprendiendo una sustancia activa de resonancia magnética (RM), medios para la excitación de RM pulsada de dicha sustancia y medios para recibir una señal de RM de la sonda generada por dicha sustancia, comprendiendo el procedimiento los pasos de: -operar dicha al menos una sonda de campo magnético de acuerdo con dicha segunda secuencia, mediante la cual se adquiere repetidamente una señal de sonda dependiente del tiempo de cada sonda de campo magnético durante una ventana de tiempo de adquisición de la sonda, proporcionando así al menos una señal de sonda dependiente del tiempo; - obtener dicha función de respuesta al impulso de gradiente real mediante el cálculo de una función de respuesta al impulso; caracterizado porque - el procedimiento se lleva a cabo durante la ejecución de dicha secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM); - dicha excitación de RM pulsada y dicha señal de RM de la sonda está en una segunda banda de RF que no se superpone con dicha primera banda de RF; y - dicha función de respuesta al impulso se calcula a partir de dicha señal de sonda dependiente del tiempo y de dicha parte de secuencia de formación de gradiente.
Description
DESCRIPCIÓN
Un procedimiento para determinar una función de respuesta al impulso de gradiente durante la ejecución de una secuencia de espectroscopia o formación de imágenes por resonancia magnética
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un procedimiento para determinar una función de respuesta al impulso de gradiente real ("GIRF") durante la ejecución de una secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética. Este procedimiento también se llamará "recolección de respuesta de gradiente".
Antecedentes de la invención
Los gradientes de campo magnético que varían en el tiempo son esenciales para la preparación y codificación de la señal en la espectroscopía y formación de imágenes por resonancia magnética. La mayoría de los procedimientos de RM se basan en cursos temporales de gradiente muy precisos para la correcta codificación de la señal y sufren de artefactos cuando se producen desviaciones significativas de los cursos temporales prescritos. En la práctica, las formas de onda de gradiente efectivas suelen diferir algo de las formas ideales definidas en la secuencia de pulsos subyacente. Estas desviaciones se deben en gran medida a diversas imperfecciones del hardware, incluidas las limitaciones de ancho de banda de los amplificadores de gradiente, las corrientes parásitas inducidas en las bobinas de gradiente y en otras estructuras conductoras del escáner, las fluctuaciones del campo causadas por las vibraciones mecánicas tras la conmutación del gradiente y la variación térmica de los componentes del hardware. Las ligeras perturbaciones también pueden proceder de campos fisiológicamente inducidos que se originan en el sujeto examinado o de fuentes y corrientes magnéticas externas al sistema de RM. Además de la optimización del hardware, las formas más comunes de abordar las imperfecciones del campo dinámico son la compensación previa de las formas de onda del gradiente y la corrección posterior de los datos adquiridos. Ambas opciones son más factibles para los mecanismos de perturbación que son reproducibles y pueden ser modelados con precisión (véase Vannesjo SJ et al., Gradient system characterization by impulse response measurements with a dynamic field camera. Magn Reson Med 2013; 69: 583-589 y referencias citadas).
De acuerdo con la teoría de los sistemas lineales, el enfoque mencionado anteriormente debería permitir representar conjuntamente todos los mecanismos de respuesta que son lineales e invariables en el tiempo (LTI). Por lo tanto, una función de respuesta al impulso de gradiente neto (GIRF) debe incorporar las influencias en la forma de onda de gradiente entre la consola y el calibre del imán. Esto incluiría las características del amplificador y de la bobina, así como las corrientes parásitas y los campos inducidos por las vibraciones, sin necesidad de considerar los mecanismos individuales subyacentes. El conocimiento de GIRF exhaustiva podría constituir la base de la previsión avanzada y servir para garantizar la calidad. También podría proporcionar estimaciones más precisas de las trayectorias efectivas del espacio k para la reconstrucción de imágenes y de otros parámetros de codificación, como los valores b en la formación de imágenes de difusión o momentos de gradiente en el mapeo de velocidad. El principal reto para alcanzar este objetivo es determinar las GIRF con precisión, con un ancho de banda y una resolución de frecuencia suficientes, y en tiempos de medición razonables. La comprobación de GIRF debe implicar, por lo general, la observación de la respuesta de un sistema a determinadas formas de onda de entrada de gradiente.
Para ello, se ha propuesto registrar la evolución del campo con una cámara de campo dinámica, es decir, con un conjunto de sondas de RMN en miniatura que se operan simultáneamente y se posicionan de manera que se distingan los diferentes componentes espaciales de interés. En los trabajos realizados hasta ahora, se ha hecho especial hincapié en el diseño de formas de onda de entrada de gradiente específicas que se adaptan a la posterior observación con una cámara de campo dinámica (véase Vannesjo SJ et al., Field camera measurements of gradient and shim impulse responses using frequency sweeps. Magn Reson Med 2014; 72: 570-583 y referencias citadas). Sin embargo, los cambios de la respuesta al impulso del gradiente debidos a diversos factores de influencia como, por ejemplo, los cambios térmicos de los componentes del sistema de gradiente pueden limitar la precisión y, por tanto, la aplicabilidad del procedimiento propuesto anteriormente.
Graedel et al. en PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, ISMRM, 21 ST ANNUAL MEETING AND EXHIBITION, SALT LAKE CITY, UTAH, USA, 20-26 DE ABRIL DE 2013, 7 de abril de 2013 (2013-04-07), páginas 552, XP04062815, divulgan un procedimiento de reconstrucción de imágenes que utiliza la respuesta al impulso del gradiente para la predicción de la trayectoria. Sin embargo, el procedimiento se lleva a cabo en un preescaneado antes de la secuencia de MRI o MRS propiamente dicha.
En consecuencia, sería deseable adquirir las GIRF de una manera tan sencilla como sea posible y sin necesidad de interrumpir la adquisición ordinaria de datos de RM.
Sumario de la invención
Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento mejorado, flexible y ampliamente aplicable para determinar una función de respuesta de impulso de gradiente real durante la ejecución de una secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM) dentro de una configuración ordinaria de espectroscopía por RM o formación de imágenes por RM. Un objeto adicional y concurrente de la presente invención es superar las limitaciones y desventajas de los procedimientos y disposiciones actualmente conocidos para la espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM).
Según un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento según lo definido en la reivindicación 1. El procedimiento es un procedimiento de determinación de una función de respuesta al impulso de gradiente real durante la ejecución de una secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM), en el que se genera un campo magnético principal en una región de muestra de un aparato de RM por medio de un imán principal y en el que se generan campos de gradiente superpuestos dependientes del tiempo y campos de radiofrecuencia en una primera banda de RF en la región de muestra de acuerdo con una primera secuencia de RM para formar imágenes o espectros, siendo los campos de gradiente generados por medios de formación de gradiente del aparato de RM operados de acuerdo con una parte de secuencia de formación de gradiente de dicha primera secuencia de RM, el aparato de RM comprende además al menos una sonda de campo magnético, estando cada una de dichas sondas de campo magnético situada en una posición predeterminada y comprendiendo una sustancia activa de resonancia magnética (RM), medios para la excitación de RM pulsada de dicha sustancia y medios para recibir una señal de RM de la sonda generada por dicha sustancia, en la que dicha excitación de r M pulsada y dicha señal de RM de la sonda se encuentran en una segunda banda de RF que no se solapa con dicha primera banda de RF, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- hacer funcionar dicha al menos una sonda de campo magnético según una segunda secuencia, por la que se adquiere repetidamente una señal de sonda dependiente del tiempo de cada sonda de campo magnético durante una ventana de tiempo de adquisición de la sonda, proporcionando así al menos una señal de sonda dependiente del tiempo;
- obtener dicha función de respuesta al impulso de gradiente real calculando una función de respuesta al impulso a partir de dicha señal de sonda dependiente del tiempo y de dicha parte de secuencia de formación de gradiente.
El procedimiento definido anteriormente puede entenderse como "cosecha de respuesta de gradiente". Se trata de un procedimiento en el que las respuestas del gradiente se caracterizan continuamente durante una secuencia de RMN o espectroscopía de RMN "ordinaria". Utiliza sondas de campo de RMN, preferentemente sondas de campo de RMN, que se colocan en el diámetro interior del escáner. Los datos de las sondas se registran repetidamente durante la secuencia de RM. A partir de la entrada conocida a los amplificadores de gradiente junto con las respuestas de campo de las sondas, se puede caracterizar una respuesta de gradiente. La información de varias lecturas puede combinarse para caracterizar el sistema de gradiente con el nivel de detalle deseado. El procedimiento no requiere que las respuestas de campo se capturen de forma continua o regular, sino que permite espacios entre las mediciones para esperar el decaimiento T2 y la recuperación T1, y para ignorar los datos si las sondas de campo están desfasadas. El tiempo para caracterizar el sistema de gradiente tiene que ser corto en comparación con el tiempo en el que el sistema de gradiente cambia su comportamiento a un nivel de detalle deseado.
En lo sucesivo, el término "función de respuesta al impulso de gradiente" se abreviará como GIRF.
En general, ciertos componentes de frecuencia no están presentes en la entrada de la secuencia de RM, que se selecciona según la tarea para la que se utiliza el aparato de RM. Evidentemente, estos componentes que faltan no pueden aprovecharse para la construcción de la GIRF real. En otras palabras, la GIRF real obtenida mediante la explotación de una determinada secuencia de RM tendrá brechas en la vecindad de los componentes de frecuencia que faltan. Sin embargo, por un lado, estos componentes no son necesarios cuando se utiliza la GIRF real en cualquier aplicación que se base en la misma secuencia de RM que se utiliza para determinar la GIRF real. Por otro lado, hay muchas situaciones en las que las partes que faltan de la GIRF real pueden extrapolarse o interpolarse o estimarse aplicando conocimientos previos de diversos tipos, completando así de forma efectiva la GIRF real en la medida deseada.
La caracterización del gradiente continuo obtenida según esta invención puede utilizarse para actualizar la calibración del sistema si se diagnostican desviaciones de una respuesta deseada. Alternativamente, la información puede utilizarse durante la etapa de reconstrucción de la imagen. Además, la información podría utilizarse para garantizar la calidad (detección de módulos de gradientes disconinuos; caracterización del rendimiento a largo plazo de los componentes de hardware).
Su implementación puede variar en varios aspectos:
- Se pueden emplear diferentes tipos de sondas de campo, que se pueden optimizar en términos de
o T2
o Núcleos
o Tamaño de la gota
o Número de sondas
- El modelo de gradiente puede restringirse para condicionar mejor el cálculo de la respuesta del gradiente. Los parámetros posibles son
o Gama de frecuencias
o Constantes de tiempo de los términos de campo relacionados con las corrientes parásitas
o Constantes de tiempo de los términos oscilatorios
o Términos de campo de orden superior
o Términos cruzados de gradiente
- También se pueden medir las respuestas de la bobina shim
- Diseño de la secuencia de RMN
o puede ser sin cambios
o Se pueden insertar formas de onda de gradiente adicionales, tal como blips (crestas) de gradiente.
- El tiempo de las mediciones de campo puede ajustarse para capturar las partes de la secuencia de RM que probablemente tengan el contenido de información deseado para calcular la respuesta del gradiente. Esto puede incluir una etapa en la que la secuencia se analiza antes de la ejecución y las medidas de campo se colocan en posiciones optimizadas
- Los datos podrían ser ponderados por el nivel de señal de las sondas y podrían ser descartados si las sondas están demasiado desfasadas
- Las sondas pueden colocarse cerca del paciente o pueden estar más alejadas (por ejemplo, en el puente del escáner)
- La actualización de la respuesta del gradiente puede realizarse de diferentes maneras. Si se puede afirmar un tiempo garantizado para el cálculo de la respuesta del gradiente, se pueden emplear controladores comunes como los controladores PID. Alternativamente, la actualización de la respuesta del gradiente puede retrasarse hasta que se haya reunido suficiente información. Otra alternativa podría ser la actualización selectiva de características de la respuesta del gradiente (por ejemplo, constantes de tiempo de corrientes parásitas específicas), lo que podría ser interesante para algunas aplicaciones y modelos de respuesta. Una estimación inicial de la función de respuesta de gradiente podría ser, por ejemplo, una respuesta de gradiente que se midió en una secuencia de calibración, o la función de respuesta evaluada en la última secuencia.
- El cálculo de la respuesta del gradiente en tiempo real y la posterior actualización del pre-énfasis del gradiente podrían combinarse con la información de campo en tiempo real. En este escenario, la actualización del pre énfasis del gradiente en tiempo real podría cubrir las perturbaciones de campo a corto plazo, mientras que las perturbaciones de campo lentas (<10 Hz o <100 Hz) podrían ser cubiertas por la retroalimentación de campo. - Una aplicación muy limitada podría ser también sustituir la corrección de fase del EPI. Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de funcionamiento de un aparato de espectroscopía o formación de imágenes por r M como se define en la reivindicación 6, que comprende el procedimiento de determinar una GIRF real según la presente invención, en el que dicha GIRf real se utiliza para actualizar una calibración del sistema de dicho aparato.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de funcionamiento de un aparato de espectroscopía o formación de imágenes por RM como se define en la reivindicación 7, que comprende el procedimiento de determinar una GIRF real según la presente invención, en el que dicha GIRF real se utiliza para la reconstrucción de imágenes o espectros obtenidos con dicha primera secuencia de RM.
Las realizaciones ventajosas se definen en las reivindicaciones dependientes y en la siguiente descripción.
Según una realización (reivindicación 2), dicha parte de la secuencia de formación de gradiente es sustancialmente periódica con un primer tiempo de repetición tR1 y un intervalo de tiempo mínimo tG entre ventanas de tiempo de adquisición de sonda sucesivas es sustancialmente mayor que el tiempo de muestreo necesario para cubrir el ancho
de banda completo de la secuencia de formación de gradiente, con la disposición de que si dicha segunda secuencia es sustancialmente periódica con un segundo tiempo de repetición tR2 entonces dichos tiempos de repetición tR1 y tR2 serán inconmensurables. En otras palabras, el mayor de las fracciones tR1 / tR2 y tR2 / tR1 no será un número racional. Esta condición se impone para evitar el muestreo exclusivo de sólo unas pocas regiones de la parte de la secuencia que forma el gradiente debido a un efecto de pulso de frecuencia.
Según otra realización (reivindicación 3), el intervalo de tiempo entre las sucesivas ventanas de tiempo de adquisición de la sonda es igual o menor que el tiempo de muestreo necesario para cubrir el ancho de banda de la secuencia de formación de gradiente. Para esta realización, la parte de la secuencia de formación del gradiente no necesita ser sustancialmente periódica.
Según otra realización (reivindicación 4), dicha primera banda de RF se selecciona para la RM de núcleos de 1H y dicha segunda banda de RF se selecciona para la RM de núcleos de 19F. Por ejemplo, cuando se utiliza un campo magnético principal de 3 T, la RM de los núcleos de 1H está en ~127,8 MHz mientras que la RM de los núcleos de 19F es de ~120,2 MHz.
Según otra realización (reivindicación 5), el aparato de RM comprende una pluralidad de al menos cuatro, preferiblemente al menos 16 sondas de campo magnético. Se entenderá que las sondas de campo magnético se colocarán de forma adecuada, generalmente desplazadas del isocentro. Por ejemplo, se distribuyen uniformemente en una esfera alrededor del isocentro.
Son posibles otras disposiciones convenientes de las sondas de campo. Por ejemplo, pueden montarse de forma rígida en una parte de un aparato de RM, por ejemplo, en la estructura de la cama del paciente.
Un sistema típico de RM tiene amplificadores de gradiente ('x', 'y', 'z') (y puede tener adicionalmente múltiples amplificadores de bobina shim) cada uno con una entrada separada. Para cada canal de entrada de gradiente, se puede calcular la respuesta a cualquier forma de onda de gradiente de entrada.
Una forma de hacerlo es resolviendo el siguiente problema lineal
o - I ■ c.
Aquí o denota un vector de longitud M que contiene los valores del coeficiente de campo de salida para todos los puntos de tiempo medidos. I es una matriz de tamaño M * N en la que cada línea contiene la forma de onda del gradiente de entrada que se desplaza en el tiempo de forma correspondiente a o. Además, c denota un vector de tamaño N que representa una versión discretizada de la GIRF real desconocida.
Otra forma muy útil de calcular la GIRF real se basa en el ajuste de un modelo motivado físicamente, por ejemplo, ajustando las constantes de tiempo de los decaimientos exponenciales y los términos oscilatorios. Opcionalmente, se puede utilizar información adicional, por ejemplo, de las mediciones de temperatura, para mejorar el acondicionamiento o la precalibración del sistema de gradiente y para su variación. Además, los cambios de campo no relacionados con la secuencia de formación de gradiente, por ejemplo, las derivas de campo relacionadas con la temperatura o los cambios de campo relacionados con la fisiología del paciente, pueden modelarse y utilizarse para el cálculo de la GIRF real.
Basado en dicho conocimiento previo motivado físicamente, el sistema lineal puede ser restringido o regularizado, lo que conduce a una importante simplificación computacional.
Breve descripción de los dibujos
Las características y objetos de esta invención mencionados anteriormente y la forma de conseguirlos se harán más evidentes y esta invención en sí misma se entenderá mejor por referencia a la siguiente descripción de las realizaciones de esta invención tomadas en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que
Fig. 1a muestra una secuencia ejemplar de formación de gradiente (línea continua) y una ventana de adquisición de la sonda (línea discontinua) con una duración comparativamente larga;
Figura 1b muestra la secuencia de formación de gradiente de la Fig. 1a (línea continua) y una pluralidad de ventanas de adquisición de la sonda (línea discontinua) con una duración comparativamente corta;
Figura 2a muestra una función de entrada de gradiente conocida (línea gris oscura continua) y porciones medidas del campo de gradiente (línea negra no continua), ambas expresadas en mT/m en función del tiempo en ms;
Figura 2b muestra la magnitud (en unidades arbitrarias) de la GIRF real calculada en el dominio de la frecuencia (Fourier) (panel superior, en función de la frecuencia en kHz) y en el dominio del tiempo (panel inferior, en función del tiempo en ms);
Figura 2c muestra, junto con la función de entrada de gradiente conocida (línea gris oscura continua) y las porciones medidas del campo de gradiente (línea negra no continua) de la Fig. 2a, el campo de gradiente calculado (línea gris clara continua), todo ello expresado en mT/m en función del tiempo en ms;
Figura 3 es una representación del esquema de la secuencia aplicada según la cual los datos de la sonda de campo se adquieren repetidamente durante toda la secuencia de RM;
Figura 4 es una visualización esquemática del sistema lineal o = Ic que se utiliza para calcular la GIRF real desconocida c (Mx1); el vector o (Nx1) contiene las muestras de gradientes medidos; cada fila de I (NxM) contiene un marco temporal de los gradientes de entrada, cada fila está desplazada por el tiempo relativo a la muestra correspondiente en o;
Figura 5a es un extracto de la entrada de gradiente dada icont (negro) para el eje de gradiente leído EPI, la salida de gradiente continua obtenida ocont (azul) y los gradientes medidos o (rojo);
Figura 5b es una sección ampliada de la región etiquetada como "B" en el gráfico de la Fig. 5a;
Figura 5c es una sección ampliada de la región etiquetada como "C" en el gráfico de la Fig. 5a;
Figura 5d es una sección ampliada de la región etiquetada como "D" en el gráfico de la Fig. 5a;
Figura 6a es la salida de gradiente obtenida desde el inicio (c(primera)) y el final (c(última)) de una secuencia EPI (leer eje de gradiente);
Figura 6b es una primera región de la salida del gradiente obtenida desde el inicio n (primera) (^última)
c°nt y el final cont de la secuencia EPI;
Figura 6c es una primera región de la salida del gradiente obtenido desde el inicio (Primera) (última^
cont y el final °co n t de la secuencia EPI;
Figura 7a es un extracto de la evolución del gradiente continuamente predicho ocont y de los gradientes medidos o para el eje de lectura (Gm) y de codificación de fase (Gp) en un experimento de formación de imágenes de eco de gradiente; y
Figura 7b es una reconstrucción de cuadrícula del fantoma esférico basada en la trayectoria del espacio k calculada a partir de ocont.
Descripción detallada de la invención
En el dibujo esquemático de la Fig. 1a, se muestra un campo de gradiente de entrada sustancialmente periódico con un primer tiempo de repetición tR1 y una ventana de tiempo de adquisición de la sonda con un ancho tP.
En el dibujo esquemático de la Fig. 1b, se muestra un campo de gradiente de entrada sustancialmente periódico con un primer tiempo de repetición tR1 y una secuencia de ventanas de tiempo de adquisición de la sonda con un ancho tP. En este ejemplo, las ventanas de tiempo de adquisición son sustancialmente periódicas con un tiempo de repetición tR2, lo que significa que los intervalos de tiempo tG entre ventanas de tiempo sucesivas son constantes. En el caso de las secuencias no periódicas, los intervalos de tiempo entre los distintos pares de ventanas sucesivas son variables.
Ejemplo 1
Se reprodujo una secuencia de formación de imágenes por RM en un sistema de RM. Se realizaron mediciones simultáneas de las respuestas del campo magnético con un conjunto de 16 sondas de campo de RMN. El observable real de cada sonda es la fase de su señal de RMN, que es proporcional a la integral de la magnitud del campo magnético en la posición de la sonda. Basándose en el conocimiento de las posiciones de la sonda, la evolución del campo espacio-temporal se expresa entonces en términos de las funciones de base espaciales previamente elegidas, comparar con Barmet C et al., Magn Reson Med 2008; 60: 187-197 2008. Los coeficientes resultantes que varían en el tiempo km(t), que se refieren a las funciones de base espaciales que se cuentan por m, indican la fase observada acumulada debido a los campos de la estructura espacial respectiva. La derivada temporal de los coeficientes de fase da los correspondientes coeficientes de campo
donde y es la relación giromagnética del núcleo activo por RMN en las sondas.
En los presentes experimentos el tiempo de repetición de la secuencia fue de 6,3 ms. Los datos de la sonda de campo de RMN se adquirieron simultáneamente con 16 sondas de campo de RMN (T1 = aprox. T2 = aprox. 110us). Para recuperar la información de campo de las sondas de RMN, cada sonda es excitada por un pulso de RF. Posteriormente, la señal de RMN que contiene la información de campo puede adquirirse con un gran ancho de banda.
En este experimento, se utilizó un tiempo de muestreo de 1us.
Debido al decaimiento T2 de las sondas de RMN, la señal de RMN proporciona información de campo sólo durante un tiempo limitado. Después, las sondas deben ser excitadas de nuevo. Antes de volver a excitar las sondas de campo, es necesario esperar la recuperación de T1 y la relajación de T2 de las sondas de campo.
En este experimento, se utilizó una duración de adquisición de 120us con un tiempo de repetición de la sonda de 210us.
A partir de todos los datos de la sonda de campo adquiridos y de las posiciones conocidas de la sonda de campo, se calcularon los coeficientes de campo realizando una expansión espacial en las funciones de base elegidas utilizando la metodología de control de campo descrita en Barmet C et al., Magn Reson Med 2008; 60: 187-197 2008 y en Vannesjo, loc. cit. 2013.
En este experimento, se eligió una base armónica esférica. Por lo tanto, los coeficientes de campo de orden 0 relativos a la base "1" describen los cambios globales del campo; los coeficientes de campo relativos a las funciones base "x", "y" y "z" son el gradiente de los campos. Además, se pueden calcular los coeficientes de campo de orden superior.
Como se mencionó anteriormente, las funciones de respuesta a cualquier coeficiente de campo medido pueden ser calculadas resolviendo el siguiente problema lineal
o - 1 c
donde o denota un vector de longitud M que contiene los valores de los coeficientes de campo de salida para todos los puntos de tiempo medidos. I es una matriz de tamaño M * N en la que cada línea contiene la forma de onda del gradiente de entrada que se desplaza en el tiempo de forma correspondiente a o , mientras que c denota un vector de tamaño N que representa una versión discretizada de la GIRF real desconocida.
Para este experimento, se calculó la función de respuesta del gradiente de entrada “x” al gradiente de campo de salida “x” medido (auto-término). Los coeficientes de campo de la secuencia de RM se observaron durante una duración de 631,2 ms. En este tiempo se adquirieron datos de salida con una duración total de 361,2 ms. La duración de la función de respuesta se fijó en 20 ms. La función de respuesta c se ha calculado sobre un ancho de banda de - 50kHz (10 ps de permanencia de la muestra), de forma que M = 36120 y N = 2000.
Los gradientes de entrada y salida se representan en la Fig. 2a. La función de respuesta calculada se representa en la Fig. 2b. Como la entrada del gradiente no comprendía todas las frecuencias, la respuesta del gradiente no se calcula de forma determinista para estos componentes de frecuencia en este ejemplo. La función de respuesta puede utilizarse para calcular los gradientes de campo donde no se midieron, como se demuestra en la Fig. 2c. Ejemplo 2
Los experimentos se realizaron en un sistema de RMN 3T-Achieva (Philips Healthcare, Países Bajos). Ocho sondas de campo basadas en 19F (T2=~2ms) se montaron en un conjunto de bobinas receptoras de cabeza. Para la excitación de la sonda y la adquisición de datos de la sonda/bobina se utilizó un generador de pulsos de RF y un espectrómetro específicos. La posición de las sondas se obtuvo en una primera etapa de calibración (Barmet C et al., loc. cit. 2008). A continuación, se realizó una 2D-SSh-EPI (resolución = (1,3mm)2, TE = 61 ms, TR = 150ms, 20 cortes) con 128 dinámicas (duración=6:27min). Durante la secuencia de RM, las sondas fueron excitadas repetidamente (TRsonda=6,005ms) seguido de una lectura de 500 ps (Fig. 3). A partir de los datos de las sondas se calculó la salida del gradiente durante cada lectura (Barmet C et al., loc. cit. 2008), filtrado a un ancho de banda de ± 50 kHz y cuadriculado con la misma resolución temporal (6,4 ps) que la entrada del gradiente.
La respuesta del gradiente c se calculó posteriormente como se ha detallado anteriormente y como se ilustra en la Fig. 4. Para cada cálculo de la respuesta al gradiente, se utilizaron 1300 lecturas de salida (N=~50000, tiempo total de recolección de 7,8 s). La longitud de la función de respuesta de gradiente se eligió para que sea 40 ms (M = 6025).
Por último, la salida de gradiente continuo oCont se calculó multiplicando una matriz de entrada continua Icont con la respuesta obtenida
'corít = / cont
Para la demostración, se evaluaron las respuestas de gradiente para la primera porción c(primera) y la última porción Cúltima) de la secuencia EPI para el eje de gradiente leído.
El procedimiento se repitió para una secuencia de eco de gradiente (TR = 50ms, TE = 5ms, resolución = (1,4mm)2). La reconstrucción de la imagen basada en la cuadrícula se realizó utilizando la trayectoria obtenida en el espacio k. La salida de gradiente continuo obtenida ocont coincidió con los gradientes medidos o hasta el nivel de ruido (Fig.5ad), indicando la validez de la suposición de linealidad e invariabilidad temporal durante el tiempo total de adquisición de ocont mostró efectos de corrientes parásitas y vibraciones mecánicas finas, demostrando la sensibilidad del procedimiento. Las funciones de respuesta calculadas desde el principio c(primera) y el final c(última) de la secuencia EPI, mostraron desplazamientos de los términos oscilatorios así como un ensanchamiento global en el dominio de la frecuencia (Fig.6a), que también se reflejaron en los cursos temporales del gradiente (primera) (última)
cont y °cont (Fig.6b,c). Los datos del espacio k obtenidos para la exploración de eco de gradiente permitieron una reconstrucción fiel de la imagen (Fig.7).
Claims (6)
1. Un procedimiento para determinar una función de respuesta al impulso de gradiente real, en el que se genera un campo magnético principal en una región de muestra de un aparato de RM por medio de un imán principal y en el que se lleva a cabo una secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM) que comprende una primera secuencia y una segunda secuencia, según las cuales se generan campos de gradiente superpuestos dependientes del tiempo y campos de radiofrecuencia en una primera banda de RF en la región de muestra de acuerdo con dicha primera secuencia de RM para formar imágenes o espectros, los campos de gradiente son generados por medios de formación de gradiente del aparato de RM operados de acuerdo con una secuencia de formación de gradiente que forma parte de dicha primera secuencia de RM, el aparato de RM comprende además al menos una sonda de campo magnético, estando cada una de dichas sondas de campo magnético situada en una posición predeterminada y comprendiendo una sustancia activa de resonancia magnética (RM), medios para la excitación de RM pulsada de dicha sustancia y medios para recibir una señal de RM de la sonda generada por dicha sustancia, comprendiendo el procedimiento los pasos de:
-operar dicha al menos una sonda de campo magnético de acuerdo con dicha segunda secuencia, mediante la cual se adquiere repetidamente una señal de sonda dependiente del tiempo de cada sonda de campo magnético durante una ventana de tiempo de adquisición de la sonda, proporcionando así al menos una señal de sonda dependiente del tiempo;
- obtener dicha función de respuesta al impulso de gradiente real mediante el cálculo de una función de respuesta al impulso;
caracterizado porque
- el procedimiento se lleva a cabo durante la ejecución de dicha secuencia de espectroscopía o formación de imágenes por resonancia magnética (RM);
- dicha excitación de RM pulsada y dicha señal de RM de la sonda está en una segunda banda de RF que no se superpone con dicha primera banda de RF; y
- dicha función de respuesta al impulso se calcula a partir de dicha señal de sonda dependiente del tiempo y de dicha parte de secuencia de formación de gradiente.
2- El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha parte de la secuencia de formación de gradiente es sustancialmente periódica con un primer tiempo de repetición tR1 y un intervalo de tiempo mínimo tG entre las sucesivas ventanas de tiempo de adquisición de la sonda es sustancialmente mayor que el tiempo de muestreo necesario para cubrir todo el ancho de banda de la secuencia de formación de gradiente, con la disposición de que si dicha segunda secuencia es sustancialmente periódica con un segundo tiempo de repetición tR2 entonces dichos tiempos de repetición tR1 y tR2 serán inconmensurables.
3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la brecha de tiempo entre las sucesivas ventanas de tiempo de adquisición de la sonda es igual o menor que el tiempo de muestreo necesario para cubrir el ancho de banda de la secuencia de formación de gradiente.
4. El procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha primera banda de RF se selecciona para la RM de núcleos de 1H y en el que dicha segunda banda de RF se selecciona para la RM de núcleos de 19F.
5 El procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el aparato de RM comprende una pluralidad de al menos cuatro, preferiblemente al menos 16 sondas de campo magnético.
6. Un procedimiento de funcionamiento de un aparato de espectroscopía o formación de imágenes por RM, que comprende el procedimiento de determinar una función de respuesta al impulso de gradiente real según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha función de respuesta al impulso de gradiente real se utiliza para actualizar una calibración del sistema de dicho aparato.
7- Un procedimiento de funcionamiento de un aparato de espectroscopía o formación de imágenes por RM, que comprende el procedimiento de determinar una función de respuesta al impulso de gradiente real según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha función de respuesta al impulso de gradiente real se utiliza para la reconstrucción de imágenes o espectros obtenidos con dicha primera secuencia de RM.
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