ES2885525T3

ES2885525T3 - Sistema y método para la formación de imágenes por resonancia magnética utilizando una matriz giratoria de imanes permanentes

Info

Publication number: ES2885525T3
Application number: ES12878991T
Authority: ES
Inventors: Lawrence Wald; Clarissa Zimmerman; Jason Stockmann
Original assignee: General Hospital Corp
Current assignee: General Hospital Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: EP2861136A1; JP6522079B2; US20150177343A1; US10359481B2; JP2015519175A; KR102020534B1; HUE055708T2; WO2013187924A1; DK2861136T3; EP3933427A1; IN2014KN02928A; EP2861136A4; KR20150023024A; CN104507386B; PT2861136T; JP6317341B2; CN104507386A; JP2018038844A; EP2861136B1

Abstract

Un sistema portátil de formación de imágenes por resonancia magnética ("IRM") (10), que comprende: un conjunto de imanes (12) que comprende: una pluralidad de imanes permanentes (30), extendiéndose cada uno desde un extremo proximal a un extremo distal a lo largo de un eje longitudinal del conjunto de imanes (12); un soporte (32) configurado para sostener la pluralidad de imanes permanentes (30) en una disposición anular, para así definir una región configurada para recibir un objeto del que vayan a tomarse imágenes y de modo que los imanes permanentes (30) generen un campo magnético que incluya inhomogeneidades de un perfil conocido en un plano transversal al eje longitudinal del conjunto de imanes (12); un rotador acoplado al conjunto de imanes (12) y configurado para girar el conjunto de imanes (12) alrededor de su eje longitudinal a través de una pluralidad de ángulos de giro diferentes; una bobina de radiofrecuencia (RF) para generar energía de RF y recibir señales de resonancia magnética desde un objeto colocado en el conjunto de imanes (12); y un controlador (16) configurado para: controlar el rotador para que gire el conjunto de imanes (12) a través de la pluralidad de ángulos de giro diferentes y para controlar la bobina de RF y para generar energía de RF y recibir señales de resonancia magnética sensibles en cada ángulo de giro, para obtener los datos de formación imágenes mediante la lectura de señales de resonancia magnética mientras el conjunto de imanes (12) está en cada uno de la pluralidad de ángulos de giro diferentes, estando modulada la fase de las señales de resonancia magnética por las inhomogeneidades espaciales del campo magnético, proporcionando así codificación espacial de señales de resonancia magnética; y reconstruir una imagen del objeto utilizando las señales de resonancia magnética y el conocimiento sobre el perfil del campo magnético no homogéneo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para la formación de imágenes por resonancia magnética utilizando una matriz giratoria de imanes permanentes

Antecedentes de la invención

El campo de la invención son los sistemas y métodos para la formación de imágenes por resonancia magnética ("IRM"). Más en concreto, la invención se refiere a sistemas y a métodos para IRM portátil que utilizan un campo magnético no homogéneo para la codificación espacial.

Un escáner de IRM convencional utiliza varios campos magnéticos diferentes para producir una imagen. Un campo es un campo magnético altamente uniforme y estático que se utiliza para polarizar la magnetización nuclear y en el que se lee una señal de decaimiento de inducción libre ("FID"). Otro campo es un campo pulsado de radiofrecuencia ("RF") para iniciar el FID. Así mismo, uno o más campos de gradiente se utilizan para codificar la ubicación espacial desde la que se origina el FID, codificando así espacialmente la imagen resultante. Los campos de gradiente son campos de gradiente que cambian espacialmente (por ejemplo, lineales con posición) que modulan la fase de espín en función de la posición. Como resultado de la fase de espín modular, la ubicación de la señal se codifica como la transformada de Fourier de la señal obtenida. A veces se utiliza un campo de prepolarización no homogéneo para impulsar la magnetización inicial, que luego se lee en un campo de intensidad más baja y uniforme.

Gran parte del tamaño y la complejidad de un sistema de IRM deriva del hecho de que los sistemas de IRM clínica típicos requieren un campo magnético estático muy homogéneo y campos de gradiente lineal de muy alta potencia. De este modo, los sistemas de IRM actuales se limitan a entornos hospitalarios debido al peso y la fragilidad de los imanes superconductores o permanentes altamente homogéneos. Una carga adicional es la necesidad de cientos de amperios de corriente para alimentar los campos de gradiente. Para que el sistema de IRM sea portátil, se necesita un nuevo tipo de esquema de codificación de RM. No ha sido suficiente simplemente con "encoger" los diseños actuales.

Un sistema de RM portátil tiene el potencial de detectar rápidamente una lesión cerebral en el sitio de la lesión. Por ejemplo, la detección de hemorragias es fundamental tanto para los pacientes con accidente cerebrovascular como para las víctimas de traumatismo craneoencefálico. En el accidente cerebrovascular, la distinción rápida entre un evento hemorrágico y no hemorrágico podría permitir la administración de un fármaco anticoagulante como el tPA (activador del plasminógeno tisular) en una ambulancia antes de transportarlo al hospital, quizás adelantando este tratamiento urgente hasta una hora. El hematoma subdural (o hemorragia) es una forma de lesión cerebral traumática, en el que la sangre se acumula entre la duramadre y la aracnoides (en la capa meníngea) y es probable visualizarla en imágenes T1 con resolución de curso (por ejemplo, 5 mm). El diagnóstico rápido de la hemorragia en el campo podría acelerar sustancialmente el tratamiento al advertir de un enfoque de "acción y espera". Después de la cirugía cerebral, algunos pacientes desarrollan una hemorragia que debe tratarse de inmediato. Una IRM hecha en la cama del paciente en una neuro-UCI permitiría controlar de forma frecuente el desarrollo de dicha hemorragia.

También se han divulgado espectrómetros portátiles de resonancia magnética nuclear; no obstante, incluso estos sistemas siguen utilizando esquemas de codificación convencionales que requieren gradientes.

Un ejemplo de un sistema de RM portátil que utiliza una matriz Halbach de imanes permanentes se describe en Zimmerman et al. en " Design and Construction of a Halbach Array Magnet for Portable Brain MRI", Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med., 20a reunión y exposición anual, 2012.

Por tanto, sería deseable proporcionar un sistema de IRM portátil que no requiera el uso de bobinas de gradiente de campo magnético para proporcionar codificación espacial de señales de resonancia magnética.

Sumario de la invención

La presente invención supera los inconvenientes mencionados anteriormente proporcionando un sistema portátil de formación de imágenes por resonancia magnética ("IRM") que utiliza su campo magnético naturalmente no homogéneo para codificar espacialmente señales de resonancia magnética.

Un aspecto de la invención es proporcionar un sistema de IRM portátil de acuerdo con la reivindicación 1 que incluye un conjunto de imanes, un rotador, una bobina de radiofrecuencia ("RF") y un controlador. El conjunto de imanes incluye una pluralidad de imanes permanentes y un soporte. Cada uno de la pluralidad de imanes permanentes se extiende desde un extremo próximo a un extremo distal a lo largo de un eje longitudinal del conjunto de imanes. El soporte está configurado para sostener la pluralidad de imanes permanentes en una disposición anular para así definir una región configurada para recibir un objeto del que deban tomarse imágenes. El soporte también está configurado para sostener la pluralidad de imanes permanentes con el fin de que los imanes permanentes generen un campo magnético que varíe con la ubicación espacial en un plano transversal al eje longitudinal del conjunto de imanes. El rotador está acoplado al conjunto de imanes y configurado para girar el conjunto de imanes alrededor de su eje longitudinal a través de una pluralidad de ángulos de giro diferentes. La bobina de RF está configurada para generar energía de RF y recibir señales de resonancia magnética desde un objeto colocado en el conjunto de imanes. El controlador está configurado para controlar el rotador para que haga girar el conjunto de imanes a través de la pluralidad de ángulos de giro diferentes y para controlar la bobina de RF para generar energía de RF y recibir señales de resonancia magnética sensibles en cada ángulo de giro.

La reivindicación 11 define un método correspondiente para obtener datos de formación de imágenes por resonancia magnética utilizando una matriz anular de imanes permanentes. En las reivindicaciones dependientes se describen realizaciones adicionales detalladas. En la descripción se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de esta, y en los que se muestra, de forma ilustrativa, una realización preferida de la invención. Dicha realización no representa necesariamente el alcance total de la invención, no obstante, y por lo tanto, se hace referencia a las reivindicaciones del presente documento para interpretar el alcance de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de un sistema portátil de formación de imágenes por resonancia magnética ("IRM") de conformidad con realizaciones de la presente invención;

la FIG. 2 es un ejemplo de un conjunto de imanes que forma parte del sistema de IRM portátil de la presente invención;

la FIG. 3 es una ilustración de una disposición de ejemplo de los imanes permanentes en el conjunto de imanes de la FIG. 2, en la que los imanes permanentes están dispuestos en una matriz Halbach anular;

la FIG. 4 es una vista en planta del conjunto imanes de la FIG. 2;

la FIG. 5 es una sección transversal del conjunto de imanes de la FIG. 2;

la FIG. 6 es una configuración de ejemplo de imanes permanentes que pueden formar parte de un conjunto de imanes utilizado en un sistema de IRM portátil de conformidad con la presente invención, en la que los imanes permanentes incluyen imanes de anillo terminal que controlan la uniformidad del campo magnético producido por el conjunto de imanes;

la FIG. 7 es una sección transversal de la configuración de imanes permanentes de la FIG. 7;

la FIG. 8 es un ejemplo de perfiles de campo magnético generados por el conjunto de imanes de la FIG. 2; y la FIG. 9 es un ejemplo de perfiles de campo magnético generados por la configuración de imanes permanentes en la FIG. 6.

Descripción de la invención

Se proporciona un sistema portátil de formación de imágenes por resonancia magnética ("IRM") que utiliza las inhomogeneidades del campo magnético estático en el imán principal para codificar la ubicación espacial de los espines nucleares. También se proporciona un esquema de codificación espacial para un sistema de iRm de campo bajo, ligero, de bajo consumo de potencia y fácilmente transportable. En general, el sistema de IRM portátil de la presente invención emplea las inhomogeneidades espaciales en el campo magnético Bo polarizante en lugar de campos de gradiente para codificar imágenes espacialmente. De este modo, en el sistema de la presente invención, se utiliza un campo estático no homogéneo para polarizar, leer y codificar una imagen del objeto. Para proporcionar codificación espacial, el imán gira alrededor del objeto para generar una serie de mediciones codificadas de forma diferente. Luego se reconstruye una imagen resolviendo el objeto más acorde con los datos, por ejemplo, en el sentido de mínimos cuadrados, con o sin el uso de limitaciones o conocimientos previos (distintos del mapa espacial del campo Bo).

El sistema de IRM portátil de la presente invención puede utilizarse para detectar hemorragias en situaciones de emergencia, para controlar la hemorragia en la unidad de cuidados intensivos ("UCI") después de una cirugía cerebral al lado de la cama de un paciente, o para detectar un accidente cerebrovascular hemorrágico en una etapa temprana. Esta última aplicación es particularmente útil ya que la detección temprana del accidente cerebrovascular hemorrágico puede acelerar la aplicación de una sustancia antitrombolítica, mejorando así el resultado clínico del paciente.

Tal como se ve en la FIG. 1, el sistema de RM portátil 10 de la presente invención incluye, por lo general, un conjunto ^{de imanes 12, un sistema de radiofrecuencia}("Rf") ^{14 y un controlador 16. El controlador 16 puede incluir, por ejemplo,}un sistema de secuencia de pulsos 18, un sistema de obtención de datos 20, un sistema de procesamiento de datos 22 y un procesador de control 24. El sistema de IRM portátil 10 también puede incluir una pantalla 26 para ver imágenes del sujeto 28 obtenidas con el sistema de IRM portátil 10 y para proporcionar una interfaz de usuario entre el operario y el controlador 16. El sistema de IRM portátil 10 no requiere bobinas de gradiente ni amplificadores de gradiente de alta potencia. De este modo, el sistema de RF 14 y el controlador 16 pueden estar construidos con una pequeña electrónica de señal y un pequeño amplificador de potencia de RF, todo lo cual puede caber fácilmente en la parte trasera de una ambulancia.

El conjunto de imanes 12 incluye, por lo general, una pluralidad de imanes permanentes 30 dispuestos en una matriz Halbach anular. Los imanes permanentes 30 se sostienen en una disposición separada gracias a un soporte 32 para formar la matriz Halbach anular. A modo de ejemplo, el soporte 32 puede ser de plástico, fibra de vidrio u otro material adecuado, preferentemente no magnético. El conjunto de imanes 12 también puede incluir imanes permanentes de anillo terminal 34 dispuestos en el extremo de los imanes permanentes 30 para reducir la caída del campo magnético en los extremos del conjunto de imanes 12.

El conjunto de imanes 12 puede estar configurado para pesar no más de ochenta kilogramos, haciéndolo relativamente ligero y portátil. A diferencia de los sistemas clínicos de IRM, el conjunto de imanes 12 de la presente invención está compuesto por imanes permanentes; de este modo, no requiere criógenos. En otras configuraciones del conjunto de imanes 12 en las que se puede utilizar un imán superconductor ligero, pueden ser necesarios criógenos. No obstante, debido a que el requisito de homogeneidad del campo magnético se puede moderar, el peso de un imán superconductor de este tipo se reduce significativamente en comparación con los imanes superconductores utilizados en los sistemas de IRM clínica convencionales.

Un ejemplo de un conjunto de imanes 12 que puede formar parte del sistema de IRM portátil 10 de la presente invención se ilustra en las FIGS. 2-5. Como se ha indicado anteriormente, el conjunto de imanes 12 incluye una pluralidad de imanes permanentes 30 que están dispuestos en una matriz Halbach. Se prefiere una disposición de matriz Halbach porque crea un campo magnético relativamente uniforme sin la necesidad de un criostato o fuentes de alimentación. En algunas configuraciones, el conjunto de imanes 12 puede incluir un imán superconductor ligero. El peso de este imán puede ser así de reducido porque el campo magnético del imán superconductor no necesita ser tan homogéneo como en los sistemas de IRM clínica convencionales. Debido a este requisito de homogeneidad moderado, el peso de un imán superconductor puede reducirse de manera significativa para utilizarlo en el conjunto de imanes 12 del sistema de IRM portátil 10.

El conjunto de imanes 12 está diseñado para maximizar la intensidad media del campo magnético al tiempo que permite pequeñas variaciones controladas en el campo magnético para la codificación espacial. Se pueden utilizar simulaciones, como las simulaciones COMSOL, para optimizar el campo magnético del conjunto de imanes en función de la variación de uno o más parámetros. Entre los ejemplos de parámetros que pueden variar en el diseño del imán se incluyen el tamaño y la cantidad de los imanes 30; el tamaño del conjunto de imanes 12; y la adición de anillos más pequeños para la corrección del campo final, tal como imanes de anillo terminal 34.

Los imanes permanentes 30 están compuestos por un material magnético, tal como un material metálico magnético, un material magnético compuesto o un material magnético de tierras raras. A modo de ejemplo, los imanes permanentes 30 pueden estar compuestos por materiales de un elemento de tierras raras, como neodimio-hierro-boro ("NdFeB"). Los imanes permanentes 30 tienen preferentemente forma de barras que se extienden desde un extremo proximal a un extremo distal a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes. En este ejemplo, cada imán permanente 30 tendrá preferentemente una sección transversal poligonal. Por ejemplo, la sección transversal de los imanes permanentes 30 puede ser un cuadrado, rectángulo, círculo, hexágono o similar.

A modo de ejemplo, el conjunto de imanes 12 ilustrado en las FIGS. 2-5 incluye imanes permanentes en forma de barra 30 con una sección transversal cuadrada. Para formar la matriz Halbach, cada imán permanente 30 gira alrededor de su eje longitudinal con respecto a otros imanes permanentes 30 adyacentes. Por ejemplo, el conjunto de imanes 12 puede incluir veinte imanes permanentes 30, estando girado cada imán permanente con respecto a los imanes permanentes 30 adyacentes. Como se ilustra en la figura 3, esta configuración da como resultado un patrón de magnetización que gira espacialmente, el cual, a su vez, da como resultado la generación de un campo magnético en el centro 36 del conjunto de imanes 12 y la cancelación del campo magnético cercano a cero en el exterior del conjunto de imanes 12.

En este ejemplo, cada uno de los veinte imanes permanentes 30 es un imán NdFeB N42 magnetizado radialmente que mide catorce pulgadas y 1x1 pulgadas cuadradas. Los imanes permanentes 30 pueden colocarse en manguitos, tales como manguitos de fibra de vidrio, para acotarlos. Los imanes permanentes 30 se pueden empujar hacia el interior de dichos manguitos usando una plantilla de compresión y se pueden pegar con epoxi en su sitio. Cada uno de los manguitos puede orientarse en el ángulo adecuado y sostenerse en su sitio gracias al soporte 32. El soporte 32 puede estar compuesto de plástico ABS cortado por chorro de agua. El soporte 32 puede incluir dos anillos terminales y un anillo intermedio. Como se ha descrito anteriormente, se puede disponer un bucle adicional de imanes de anillo terminal 34 de una pulgada cúbica en cada extremo de los imanes permanentes 30, tal como se ilustra en las FIGS. 6 y 7. Los imanes de anillo terminal 34 reducen la caída del campo magnético en los extremos del conjunto de imanes 12, mejorando así la uniformidad del campo magnético a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes 12.

A continuación, haciendo referencia a las FIGS. 8 y 9, se ilustra un ejemplo del perfil del campo magnético en el plano del conjunto de imanes 12 del sistema de IRM portátil 10 mostrado en la FIG. 2. Este campo magnético es transversal al eje longitudinal del conjunto de imanes 12; de este modo, cuando se utiliza el sistema de IRM portátil 10 para obtener imágenes de la cabeza de un paciente, el conjunto de imanes 12 producirá un campo magnético con variaciones espaciales adecuadas para la codificación espacial en un plano perpendicular a la dirección superior-inferior, o en planos oblicuos que están inclinados con respecto al plano transversal. La FIG. 8 ilustra el perfil del campo en tres posiciones longitudinales diferentes a lo largo del conjunto de imanes 12. Estas posiciones incluyen el centro del conjunto de imanes 12 y cuatro centímetros por encima y por debajo del centro del conjunto de imanes 12. La FIG. 9 ilustra los perfiles del campo magnético para el mismo conjunto de imanes 12 en las mismas posiciones longitudinales; no obstante, el campo magnético representado en la FIG. 9 se ha rellenado añadiendo imanes adicionales al conjunto de imanes 12, como por ejemplo mediante imanes de anillo terminal 34.

Las inhomogeneidades naturales de un conjunto de imanes 12 construido de esta manera son, en gran parte, cuadráticas y muy adecuadas para codificar espacialmente señales de resonancia magnética cuando gira alrededor del objeto del que se forman las imágenes en diferentes orientaciones de medición. Por otra parte, el perfil del campo magnético del conjunto de imanes 12 produce una frecuencia de Larmor central para protones de hidrógeno de 3,3 MHz, que es adecuada para la formación de imágenes. Si bien la homogeneidad del campo magnético generado por el conjunto de imanes 12 está muy por debajo de la de los imanes superconductores, la forma del campo permite que las inhomogeneidades se utilicen para la codificación de imágenes.

El campo magnético no homogéneo del conjunto de imanes 12 sirve para polarizar el objeto del que se van a formar imágenes y para leer señales de resonancia magnética. Después, la posición espacial de las señales de resonancia magnética leídas se codifica tomando múltiples mediciones girando el conjunto de imanes 12 en diferentes orientaciones alrededor del objeto. Por ejemplo, la primera obtención podría tener el campo Bo orientado transversalmente de izquierda a derecha a través del objeto. Después, la obtención se repetiría girando el conjunto de imanes 12 en aumentos de diez grados hasta conseguir treinta y seis obtenciones diferentes, cada una con una orientación de campo magnético única. Las inhomogeneidades espaciales en el campo magnético generado por el conjunto de imanes 12 modulan espacialmente la fase de la señal de resonancia magnética, proporcionando así una codificación espacial de las señales que se puede utilizar para reconstruir una imagen del objeto. En esta reconstrucción de imagen, se utilizan conocimientos previos detallados sobre el perfil del campo para cada orientación. Por ejemplo, la reconstrucción de imágenes se suele realizar utilizando un algoritmo iterativo para resolver la imagen desconocida dado un conocimiento completo de la matriz de codificación.

El giro del conjunto de imanes 12 se realiza por medio de un rotador que está acoplado al soporte 32 del conjunto de imanes 12. A modo de ejemplo, el rotador puede incluir una grúa acoplada al soporte 32 o un conjunto de rodillos sobre los que descansa el conjunto de imanes 12 y se le permite moverse alrededor de su eje longitudinal.

La localización espacial de las señales de resonancia magnética se puede mejorar utilizando una matriz de bobinas receptoras de RF. La información de la matriz de bobinas receptoras de RF se puede utilizar para detectar las señales en un proceso análogo a la formación de imágenes en paralelo en la RM convencional. Durante la reconstrucción, las sensibilidades de la bobina que varían espacialmente se incorporan directamente en la matriz de codificación. También se puede lograr una codificación de imagen adicional limitando el ancho de banda del pulso de excitación de RF utilizado. En este caso, la excitación se limita a una "cáscara de cebolla" acotada de regiones espaciales. Se puede lograr una localización espacial aún más mejorada utilizando el método llamado "TRASE", en el que se aplica una fase espacial dependiente de z utilizando la bobina o bobinas de transmisión de RF.

El desafío con los sistemas de IRM portátiles es cómo realizar la codificación espacial sin el uso de bobinas de gradiente conmutadas. La presente invención proporciona un sistema que no requiere bobinas de gradiente. La falta de bobinas de gradiente ofrece numerosos beneficios, incluido un menor consumo de potencia, una complejidad reducida, la capacidad de utilizar baja homogeneidad y, por lo tanto, imanes permanentes o superconductores ligeros y con un funcionamiento silencioso durante la formación de imágenes. A continuación, se proporciona una descripción adicional de la codificación espacial con el sistema de IRM portátil 10 de la presente invención.

La codificación transversal se logra de la siguiente manera. La configuración de la matriz Halbach del conjunto de imanes 12 forma de manera natural un campo magnético no lineal cuya variación en la frecuencia de Larmor (que varía aproximadamente 50-100 KHz sobre el campo de visión [FOV]) se puede utilizar para la codificación espacial. La forma aproximada del campo magnético generado por el conjunto de imanes 12 ilustrado en la FIG. 2 es un armónico esférico cuadrupolar de segundo orden, similar a un campo de codificación PatLoc, que describen J. Hennig, et al. en " Parallel imaging in non-bijective, curvilinear magnetic field gradients: a concept s tu d / ', MAGMA, 2008; 21(1-2): 5-14. Para aprovechar estas variaciones de codificación, se hace girar el conjunto de imanes 12, ya sea en etapas separadas o de forma continua, y las proyecciones se obtienen en cada ángulo de giro. La dirección de lectura se selecciona preferentemente para permitir n radianes de fase relativa para evolucionar entre vóxeles aledaños cerca de la periferia del conjunto de imanes 12. Si se permite que evolucione demasiada fase, se producirá un desfase intravóxel. De este modo, la duración de la lectura está relacionada con la resolución de reconstrucción que se puede conseguir con el sistema de IRM portátil 10. Para evitar repliegue, la frecuencia de muestreo durante la lectura debe configurarse para que sea al menos el doble de la frecuencia espacial absoluta más alta que se produce en el campo de visión de la formación de imágenes.

Cuando el conjunto de imanes 12 y, por tanto, su campo magnético gira en etapas separadas, la obtención resultante es similar a la descrita por G. Schultz, et al. en " Radial imaging with multipolar magnetic encoding fields", IEEE Trans Med Imaging, 2011; 30(12):2134-2145; de este modo, la reconstrucción directa rápida descrita por Schultz es aplicable para reconstruir imágenes a partir de datos del espacio K obtenidos de esta manera. No obstante, cabe destacar que el formalismo descrito por Schultz se diferencia en que asume campos cuadrupolares perfectos, mientras que el conjunto de imanes 12 utilizado en el sistema de IRM portátil 10 de la presente invención puede producir algunas componentes lineales y de orden superior.

Un inconveniente de la codificación con campos cuadráticos es que no hay capacidad de codificación en el centro del imán, donde los campos magnéticos son espacialmente planos. Para mitigar esto, se pueden generar términos lineales en las inhomogeneidades del campo magnético. Estos términos lineales se pueden generar, por ejemplo, dotando al conjunto de imanes 12 de una segunda matriz de imanes permanentes en el siguiente modo Halbach superior, lo que formaría un campo lineal que podría girar independientemente del conjunto de imanes principal 12. Cabe destacar que, si se aplica un término de gradiente lineal tradicional con una segunda matriz de imanes permanentes, se puede utilizar la codificación de RM radial convencional. En esta configuración, después de la excitación, la trayectoria del espacio K es una trayectoria radial que comienza en el isocentro. La aplicación de un pulso de 180 invierte la trayectoria, permitiéndole pasar por el origen del espacio K. Así, la obtención de datos incluye registrar una proyección lineal por posición girada de la matriz de imanes de gradiente lineal.

De manera alternativa, sin términos lineales, el campo magnético se puede desviar del isocentro de la cabeza, por lo que el "orificio de codificación" se mueve en un arco circular a través de la cabeza a medida que gira el imán. El giro de una forma de campo desviada eliminará el "orificio de codificación" en el centro del campo de visión.

La codificación longitudinal se logra de la siguiente manera. En un ejemplo, el método conocido como codificación espacial de matriz de transmisión ("TRASE") se puede utilizar para la codificación longitudinal. Este método TRASE lo describen JC Sharp y SB King en " MRI using radiofrequency magnetic field phase gradients", Magn Reson Med, 2010; 63 (1): 151-161, y Q. Deng, et al. en "1D RF Phase Gradient Coil for TRASE RF Imaging", Proc. ISMRM, 2011; 1813. En el método TRASE, una fase lineal ejercida en la magnetización por una bobina de RF durante la excitación proporciona codificación de fase a lo largo de la dirección longitudinal. La fase lineal se produce, por ejemplo, utilizando una bobina de jaula de pájaro en espiral o pares Maxwell/Helmholtz para lograr el cambio de fase de 180 grados requerido sobre el campo de visión deseado. Esta fase lineal se puede definir de la siguiente manera,

Bí = |B1|ei^ 1(r) = 2 n k 1 r = Gí r (1).

Esta variación de fase lineal a lo largo de la dirección longitudinal ejerce un desplazamiento del espacio K durante la excitación de RF que no depende de la forma del pulso de RF. Esto requiere una bobina de fase constante convencional, o una matriz de bobinas, que se utilizará para la recepción de señales. Si se utiliza la misma bobina para transmitir y recibir, no se realiza ninguna codificación de fase neta. Alternativamente, se pueden aplicar pulsos de 180 grados con una bobina y se puede utilizar una segunda bobina para observar el reenfoque del espín entre pulsos de 180 grados, como en un tren de eco normal.

El método TRASE, en general, tiene sinergia con la codificación transversal anteriormente mencionada porque se requerirán trenes de múltiples ecos en cada ángulo de giro de la matriz para obtener suficiente SNR (relación señaruido). Estos mismos pulsos de 180 grados podrían usarse para la selección de cortes a través de la codificación TRASE.

Una estrategia alternativa de codificación longitudinal es utilizar pulsos de RF con fase cuadrática para aislar las señales que provienen del "vértice" de una parábola de modulación de fase inducida por RF, como lo describe J.G. Pipe en " Spatial encoding and reconstruction in MRI with quadratic phase profiles'', Magn. Reson. Med. 1995; 33 (1): 24-33, y R. Chamberlain, et al. en " RASER: a new ultrafast magnetic resonance imaging method ', Magn. Reson. Med.

2007; 58(4):794-799. En presencia de un gradiente de campo magnético, el vértice de la parábola se puede trasladar en una dirección determinada. Lejos del vértice, los espines están desfasados y contribuyen mínimamente en la señal obtenida.

Otro método alternativo para la codificación longitudinal es utilizar las variaciones naturales del campo magnético del conjunto de imanes 12 a lo largo de su eje longitudinal. El objeto del que se están tomando imágenes se puede excitar con un pulso fuerte y los isocontornos de frecuencia se pueden desambiguar en tres dimensiones, proporcionando la codificación espacial adicional las bobinas de superficie en la matriz de recepción.

La excitación de RF en el sistema de IRM portátil 10 de la presente invención es complicada por el hecho de que la mayoría de los espines están significativamente fuera de resonancia en todo momento, incluso mientras se reproduce el pulso de transmisión de RF. Para evitar la variación de fase y ángulo de inclinación ( flip angle) debido a la precesión de espín fuera de resonancia durante el pulso de RF, la duración del pulso de RF debe establecerse para conseguir una excitación de banda suficientemente ancha. Si la duración del pulso de RF debe ser mayor debido a la potencia de RF disponible limitada, los pulsos compuestos pueden diseñarse para producir la misma fase de excitación para todas las frecuencias del objeto. Un enfoque alternativo es utilizar un pulso de RF subóptimo y luego incorporar la fase resultante que varía espacialmente en la matriz de codificación durante la reconstrucción.

Se ha proporcionado un sistema de IRM portátil. El conjunto de imanes del sistema de IRM portátil logra una homogeneidad razonable, pero también proporciona inhomogeneidades que se utilizan para permitir la codificación espacial de señales de resonancia magnética sin la necesidad de un sistema de bobina de gradiente. El sistema de IRM portátil se puede construir con un peso del orden de 45 a 80 kilogramos y no requiere potencia para mantener un campo magnético. Además, el coste de construir un sistema de IRM portátil de este tipo fue solo de unos pocos miles de dólares, por lo que es una alternativa mucho menos costosa respecto a los sistemas tradicionales de IRM. La accesibilidad de este sistema de IRM portátil tiene el potencial de ofrecer la detección básica de un traumatismo craneoencefálico y hemorragias en una amplia gama de aplicaciones.

La presente invención se ha descrito en términos de una o más realizaciones preferidas, y debe apreciarse que dentro del alcance de la invención son posibles muchos equivalentes, alternativas, variaciones y modificaciones, aparte de los expresamente señalados.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema portátil de formación de imágenes por resonancia magnética ("IRM") (10), que comprende:

un conjunto de imanes (12) que comprende:

una pluralidad de imanes permanentes (30), extendiéndose cada uno desde un extremo proximal a un extremo distal a lo largo de un eje longitudinal del conjunto de imanes (12);

un soporte (32) configurado para sostener la pluralidad de imanes permanentes (30) en una disposición anular, para así definir una región configurada para recibir un objeto del que vayan a tomarse imágenes y de modo que los imanes permanentes (30) generen un campo magnético que incluya inhomogeneidades de un perfil conocido en un plano transversal al eje longitudinal del conjunto de imanes (12);

un rotador acoplado al conjunto de imanes (12) y configurado para girar el conjunto de imanes (12) alrededor de su eje longitudinal a través de una pluralidad de ángulos de giro diferentes;

una bobina de radiofrecuencia (RF) para generar energía de RF y recibir señales de resonancia magnética desde un objeto colocado en el conjunto de imanes (12); y

un controlador (16) configurado para:

controlar el rotador para que gire el conjunto de imanes (12) a través de la pluralidad de ángulos de giro diferentes y para controlar la bobina de RF y para generar energía de RF y recibir señales de resonancia magnética sensibles en cada ángulo de giro, para obtener los datos de formación imágenes mediante la lectura de señales de resonancia magnética mientras el conjunto de imanes (12) está en cada uno de la pluralidad de ángulos de giro diferentes, estando modulada la fase de las señales de resonancia magnética por las inhomogeneidades espaciales del campo magnético, proporcionando así codificación espacial de señales de resonancia magnética; y

reconstruir una imagen del objeto utilizando las señales de resonancia magnética y el conocimiento sobre el perfil del campo magnético no homogéneo.

2. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que el soporte (32) está configurado para sostener la pluralidad de imanes permanentes (30) en una disposición de matriz Halbach anular.

3. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que:

el conjunto de imanes (12) comprende, además, una pluralidad de imanes de anillo terminal (34); y

el soporte (32) está configurado para sostener la pluralidad de imanes de anillo terminal (34) en una disposición anular que es coaxial con la disposición anular de la pluralidad de imanes permanentes (30), de manera que los campos magnéticos generados por la pluralidad de imanes de anillo terminal (34) controlan la uniformidad del campo magnético generado por la pluralidad de imanes permanentes (30) a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes (12).

4. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 3, en el que el soporte (32) está configurado de tal manera que la pluralidad de imanes de anillo terminal (34) están ubicados, al menos uno de ellos, en el extremo proximal de la pluralidad de imanes permanentes (30) y en el extremo distal de la pluralidad de imanes permanentes (30), para así reducir la caída del campo magnético generado por la pluralidad de imanes permanentes (30) en dicho al menos uno del extremo proximal de la pluralidad de imanes permanentes (30) y el extremo distal de la pluralidad de imanes permanentes (30).

5. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que la bobina de RF está configurada para generar un campo de RF cuya fase varía linealmente a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes (12).

6. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que la bobina de RF está configurada para codificar espacialmente las señales de resonancia magnética utilizando una excitación de RF con una fase que varía en el espacio a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes (12), independientemente de la codificación espacial que realice el conjunto de imanes (12).

7. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que el conjunto de imanes (12) está configurado de manera que la pluralidad de imanes permanentes (30) genera un campo magnético que varía a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes (12).

8. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que el conjunto de imanes (12) comprende, además:

otra pluralidad de imanes permanentes, extendiéndose cada uno desde un extremo proximal a un extremo distal a lo largo del eje longitudinal del conjunto de imanes (12);

otro soporte que está configurado para sostener la otra pluralidad de imanes permanentes en una disposición anular que es coaxial con la disposición anular de la pluralidad de imanes permanentes (30), de manera que la otra pluralidad de imanes permanentes genera un campo magnético que tiene una amplitud que varía linealmente en el plano transversal al eje longitudinal del conjunto de imanes (12), que aumenta el campo magnético generado por la pluralidad de imanes permanentes (30).

9. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 8, en el que el otro soporte está configurado para girar independientemente del soporte (32) y comprende, además, otro rotador acoplado al otro soporte y configurado para girar la otra pluralidad de imanes permanentes alrededor del eje longitudinal del eje del imán a través de una pluralidad de ángulos de giro diferentes.

10. El sistema de IRM portátil (10) según la reivindicación 1, en el que cada uno de la pluralidad de imanes permanentes (30) tiene una sección transversal poligonal.

11. Un método para obtener datos de formación de imágenes por resonancia magnética utilizando una matriz anular de imanes permanentes, que comprende:

a) disponer un objeto dentro de un campo magnético que incluye inhomogeneidades espaciales de un perfil conocido;

b) generar un campo de radiofrecuencia (RF) en el objeto para excitar los espines dentro del objeto;

c) recibir señales de resonancia magnética sensibles al campo de RF generado por el objeto;

d) girar el campo magnético no homogéneo alrededor del objeto en un ángulo de giro diferente mediante el giro de la matriz anular de imanes permanentes a partir de la cual se origina el campo magnético no homogéneo para generar modulaciones en una fase de las señales de resonancia magnética recibidas desde el objeto por las inhomogeneidades espaciales del campo magnético, proporcionando así codificación espacial de señales de resonancia magnética;

e) repetir las etapas b) a d) una pluralidad de veces para recibir señales de resonancia magnética desde el objeto con una pluralidad de ángulos de giro diferentes; y

f) reconstruir una imagen del objeto utilizando las señales de resonancia magnética recibidas y el conocimiento sobre el perfil del campo magnético no homogéneo.

12. Método según la reivindicación 11, en el que la etapa d) incluye el giro de la matriz anular de imanes permanentes a través de etapas separadas de diferentes ángulos de giro para girar el campo magnético no homogéneo.

13. El método según la reivindicación 11, en el que la etapa d) incluye girar de forma continua la matriz anular de imanes permanentes a través de la pluralidad de ángulos de giro diferentes para girar el campo magnético no homogéneo.

14. El método según la reivindicación 11, en el que el campo magnético no homogéneo es generado por el conjunto de imanes anular (12) que se extiende desde un extremo proximal a un extremo distal a lo largo de un eje longitudinal, y en donde disponer el objeto dentro del campo magnético no homogéneo en la etapa a) incluye colocar el objeto dentro del conjunto de imanes anular de manera que un isocentro del objeto esté desviado del eje longitudinal del conjunto de imanes anular.