ES2907993T3 - Procedimiento para disminuir los efectos biológicos de los gradientes de campo magnético - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para implementar la formación de imágenes por resonancia magnética de estructuras que contienen tejido neurológico, donde el tejido neurológico comprende al menos una parte de un organismo vivo, el procedimiento comprende: generar y aplicar a dicho tejido una secuencia de pulsos de gradiente de campo magnético de una amplitud de al menos 200 miliTesla por metro y no más de 1000 miliTesla por metro, donde el gradiente de campo magnético se mantiene a dicha amplitud durante un período de tiempo de meseta de al menos un microsegundo, y se cambia durante tiempos de subida y bajada de ambos de menos de 10 microsegundos.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para disminuir los efectos biológicos de los gradientes de campo magnético

Campo de la invención

[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para disminuir los efectos biológicos de los gradientes de campo magnético en el tejido o tejidos. Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para disminuir los efectos biológicos en el tejido neurológico a partir de gradientes de campo magnético, tales como los experimentados durante la obtención de imágenes por resonancia magnética («IRM»).

Descripción de la técnica relacionada

[0002] Como deberían apreciar los expertos en la materia, la resonancia magnética es una tecnología mediante la cual se aplica un gradiente de campo magnético a partículas subatómicas en el tejido para codificar espacialmente una respuesta posterior de los átomos y moléculas en el tejido a un pulso de radiofrecuencia. Después de la detección de una respuesta electromagnética del tejido, se genera una imagen del tejido parcialmente basada en esa respuesta.

[0003] CONRADI MS Y COL.: "GENERATION OF SHORT, INTENSIVE GRADIENT PULSES", JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE, ACADEMIC PRESS, ORLANDO, FL, US, vol. 94, n.° 2, 1 de septiembre de 1991 (1991­ 09-01), páginas 370-375, ISSN: 1090-7807 se refieren a experimentos con pulsos de gradiente de aproximadamente 3 |js de largo con amplitudes máximas de hasta 0,2 T /m. Mientras que P.T. y col., Phys.Med.Biol. 49 (2004), 2779­ 2798 se refiere a estudios que investigan tiempos de subida considerablemente más largos que 100 ys donde la reducción del tiempo de subida aumenta la estimulación magnética. Los resultados de un modelo se informan sugiriendo que hay un límite finito a la intensidad de campo eléctrico de aproximadamente 10,4 V/m a medida que el tiempo de subida se acerca a cero.

[0004] Desafortunadamente, la generación de gradientes de campo magnético (p. ej., gradientes de conmutación) puede provocar respuestas indeseables en un organismo vivo mediante la inducción de pulsos eléctricos en nervios y otros tejidos eléctricamente sensibles.

[0005] Un modelo que describe los efectos biológicos electromagnéticos fue descrito por el Dr. McNeal y JP Reilly a mediados y finales de la década de 1970 (DR McNeal, «Analysis of a model for excitation of myelinated nerve», en IEEE Trans. Biomed. Eng., 23:329-337, 1976; y JP Reilly, «Electric and Magnetic field coupling from high voltage AC power transmission lines - Classification of shortterm effects on people», en IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, 97(6): 2243-2252, 1978) basado en las relaciones clásicas de excitabilidad de la membrana (AL Hodgkin y AF Huxley, «A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve», en J. Physiol., 117:500-544, 1952).

[0006] Las elaboraciones posteriores del modelo fueron divulgadas por Reilly en «Sensory effects of transient electric stimulation: Evaluation with a neuroelectric model,» IEEE Trans. Biomed. Eng., 32(12) 1001:1011, 1985.

[0007] El modelo elaborado por Reilly invoca la ecuación telegráfica aplicada por primera vez a finales de 1800 para diseñar cables transatlánticos.

[0008] Al igual que en los cables submarinos, las neuronas se organizan en secciones que están separadas por nodos de Ranvier. Estos nodos imponen ecuaciones de resistencia/capacitancia («RC») que gobiernan el comportamiento neuronal, con constantes de tiempo relacionadas con el diámetro neuronal y las distancias internodales.

[0009] Después de haber proporcionado una breve descripción general de las características eléctricas, ahora prestamos atención a los gradientes de campo magnético.

[0010] Con respecto a la resonancia magnética, los gradientes de campo magnético tienen al menos un componente de interés particular: la velocidad de giro. La velocidad de giro se refiere a la tasa de cambio en la magnitud del gradiente, que se mide típicamente en Teslas por metro por segundo (T/m/s).

[0011] Como dictan las leyes de la física, los cambios en los campos magnéticos resultan en la generación de campos eléctricos. Los cambios en los gradientes de campo magnético en el tejido, por lo tanto, también resultan en la formación de campos eléctricos.

[0012] Al estudiar los tejidos neurológicos, los cambios en los gradientes del campo magnético despolarizan los nervios, una vez que se alcanza un umbral. Este umbral se vuelve más alto a medida que la duración del pulso se acorta. La relación entre estas variables sigue una curva hiperbólica tradicional.

[0013] Se observa que los estudios experimentales en humanos (D.J. Schaefer, J.D. Bourland y J.A. Nyenhuis, «Review of Patient Safety in Time-Varying Gradient Fields», en J. Magnetic Resonance Imaging, 12:20-29, 2000) han validado el modelo básico para duraciones de pulso tan cortas como cincuenta microsegundos.

[0014] En respuesta a varios estudios de resonancia magnética, las agencias reguladoras han codificado el modelo de fuerza y duración en la ley, al menos en Europa y los Estados Unidos. (Ver Requisitos para la seguridad de equipos de RM para diagnóstico médico, IEC 60601-2-33 (con respecto a Europa); ver también Directrices para notificaciones previas a la comercialización para dispositivos de diagnóstico de RM, 21 CFR § 807.87 (con respecto a los EE. UU.).

[0015] Como resultado de estos estudios y como resultado de las regulaciones que se basan en estos estudios, los fabricantes de IRM han intentado diseñar secuencias de pulso triangulares para ajustarse a los límites prescritos por el modelo Reilly, entre otros.

[0016] Uno de estos intentos se describe en la patente de EE. UU. N.° 6.198.282, que se refiere a un sistema de gradiente optimizado para proporcionar pulsos de gradiente de duración mínima.

[0017] La técnica anterior también incluye evidencia de interés en la curva fuerza-duración desde otra dirección, ya que los fabricantes de estimuladores neuronales intentan dar forma al pulso para aumentar la estimulación. (Véase P.J. Macca-bee, «Influencia de la secuencia de pulso, polaridad y amplitud en la estimulación magnética del nervio periférico humano y porcino», J. Physiol., 513:571-585, 1998).

[0018] Como resultado de numerosos estudios y avances, aquellos en la industria tradicionalmente han aplicado gradientes de campo magnético menores que un umbral para la estimulación neuronal. Como resultado de la magnitud de gradiente reducida, el diagnóstico de IRM toma más tiempo y tiene una resolución espacial reducida, de lo que de otro modo tendría con una mayor intensidad de campo de gradiente magnético.

[0019] Parece haber una amplia aceptación en la comunidad de resonancia magnética en la creencia de que el logro de altas velocidades de giro del gradiente (es decir, el cambio en los gradientes magnéticos en un corto período de tiempo) sería un desarrollo bienvenido para la industria.

[0020] Como debería ser inmediatamente evidente, un impulso para aumentar las velocidades de giro es reducir el tiempo de escaneo. Se postula que, si una secuencia de IRM dada requiere un cierto número de pulsos, entonces la aplicación de pulsos más cortos (pero más fuertes) y de pulsos con tiempos de rampa más cortos, permitiría que la secuencia de IRM se complete en un período de tiempo más corto (es decir, más rápido) que las técnicas convencionales.

[0021] Entre otros beneficios, el ahorro de tiempo mejora la seguridad de los pacientes inestables. Ahorrar tiempo también puede reducir el coste de la secuencia de IRM.

[0022] Un segundo incentivo para aumentar la velocidad de giro es aumentar la intensidad del campo del gradiente, lo que mejora la resolución espacial. Para una secuencia de pulso prescrita dada, cuanto más rápido se pueda aumentar el campo magnético por pulso, mayor será la intensidad del gradiente para el mismo tiempo total de escaneo. Dado que la fuerza del gradiente es proporcional a la resolución espacial de la imagen de IRM obtenida, una mayor velocidad de giro resultará en una mejor resolución espacial. El aumento de la resolución espacial puede mejorar el diagnóstico médico en algunos casos.

[0023] Como se discutió anteriormente, para los fabricantes de dispositivos de resonancia magnética, se han establecido límites para las velocidades de giro basadas en estudios sobre la presencia de efectos biológicos debido a la estimulación neuronal. Estos límites han puesto un límite a las tecnologías de escaneo actualmente disponibles.

[0024] Como también deberían apreciar los expertos en la materia, la generación de un gradiente de campo magnético con una duración muy pequeña presenta también desafíos tecnológicos. Por consiguiente, también ha habido una barrera tecnológica para disminuir la duración de los pulsos de gradiente de campo magnético.

[0025] Con respecto a las limitaciones tecnológicas, en algunos dispositivos de IRM, los interruptores se utilizan para activar la generación de un gradiente de campo magnético. Los tipos de interruptores utilizados tradicionalmente incluyen los dispositivos basados en el transistor bipolar de puerta aislada (Insulated-Gate Bipolar Transistor, «IGBT») y el transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, «MOSFET»). Sin embargo, estos interruptores tradicionales no son capaces de crear gradientes de campo magnético con una duración suficientemente corta para evitar la estimulación neuronal.

[0026] Los desarrollos recientes en interruptores ofrecen una solución al problema tecnológico experimentado con los dispositivos de IRM de la técnica anterior.

[0027] Específicamente, varias generaciones de experimentadores de física del plasma han liderado el desarrollo de interruptores de estado sólido confiables y líneas de formación de pulso que se están introduciendo en la comunidad. (Véase H. Sanders y S. Glidden, «High Power Solid State Switch Module», en International Power Modulator Symposium Conference Record, págs. 563 a 566, 2004).

[0028] Esos interruptores de estado sólido de alta energía son capaces de activar pulsos de diez mil amperios en un microsegundo, órdenes de magnitud más altos que los sistemas basados en IGBT y MOSFET actualmente empleados en generadores de campo de gradiente comercial para sistemas de IRM (Ver D.A. Seeber, J.H. Hoftiezer y C.H. Pennington, «Pulsed current gradient power supply for microcoil magnetic resonance imaging», en Magnetic Resonance Engineering, 15(3): 189-200, 2002).

[0029] Es axiomático en el campo de la tecnología de energía pulsada que a menudo es más fácil cerrar un interruptor que abrir un interruptor. Para evitar esta limitación, los interruptores de estado sólido pueden combinarse con líneas de formación de pulsos (pulse-forming lines «PFL»), que no requieren de la apertura de interruptores.

[0030] Las PFL, que también se conocen como líneas Blumlein (nombradas por el inventor de la Segunda Guerra Mundial David Blumlein), son líneas de transmisión llenas de dieléctrico que comienzan a drenar su carga cuando se activan por un interruptor de estado sólido. Las líneas de transmisión dejan de suministrar corriente una vez que el dieléctrico ha sido drenado de carga. Las líneas Blumlein pueden conmutar en nanosegundos y mantener las corrientes durante milisegundos. (K Gasthaus, «A millisecond Blumlein line for the power supply of a high power laser», in J. Phys. E: Instrum., 20:192-195, 1987). Con el fin de suministrar pulsos de anchos variables, los conjuntos de PFL pueden activarse independientemente entre sí en una carga común.

[0031] En vista de lo anterior, existe el deseo de aplicar gradientes de campo magnético más altos al tejido en un entorno de IRM mientras se evitan los efectos biológicos adversos en ese tejido.

Resumen de la invención

[0032] Por lo tanto, un aspecto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para disminuir la duración de los tiempos de exploración para el procedimiento de IRM según la reivindicación 1.

[0033] Un aspecto adicional de la presente invención implica la aplicación de gradientes de campo magnético con una magnitud mayor que la empleada tradicionalmente. En una realización, el gradiente puede ser hasta cinco (5) veces mayor que el aplicado previamente. En otras realizaciones, la magnitud puede ser mayor.

[0034] Es otro aspecto de la presente invención disminuir los efectos biológicos de los gradientes de campo magnético mediante la aplicación de un gradiente de campo magnético al tejido dentro de un marco de tiempo por debajo del umbral de respuesta para ese tejido.

[0035] Entre otras cosas, la presente invención aprovecha una laguna fisiológica: de acuerdo con los modelos fisiológicos aceptados para el transporte de canales iónicos, los pulsos bifásicos del orden de un microsegundo son demasiado rápidos para que el nervio cambie su estado de polarización y, por lo tanto, se ignoran de manera efectiva. La presente invención aprovecha este vacío fisiológico.

[0036] Según el modelo elaborado por Reilly, esta laguna implica que los umbrales de campo de gradiente pueden incrementarse por factores de cinco o más por encima del modelo hiperbólico habitual sin activar ningún efecto biológico.

[0037] La presente invención también aprovecha los sistemas de administración de pulsos magnéticos que son más potentes que los sistemas tradicionales utilizados para administrar impulsos de IRM.

[0038] En una realización contemplada, la presente invención utiliza tecnologías de conmutación de estado sólido y/o PFL que se ajustan a los requisitos de los amplificadores de gradiente de IRM. Estos requisitos incluyen mayores tasas de repetición, impedancia y coincidencia de activación con las consolas de programación de pulso de IRM y consideraciones de protección contra ruido eléctrico/acústico. Las modificaciones posteriores incluyen el refuerzo de bobinas de gradiente para manejar las fuerzas electromagnéticas más altas (es decir, J x B) que ocurrirán a cargas de corriente más altas, especialmente en sistemas de IRM de alta resolución con campos magnéticos estáticos altos.

[0039] Según los códigos clásicos de diseño de bobinas, es probable que el blindaje contra corrientes de Foucalt sea menos problemático que en los regímenes actuales, y se predicen reducciones en la inductancia. La influencia de las corrientes de Foucault puede minimizarse aún más mediante la adquisición de señales en tiempo de eco largo («TE»), cuando las corrientes de Foucault se han extinguido, como se contempla en otra realización de la presente invención.

[0040] En una realización contemplada adicionalmente, el agujero del criostato puede hacerse significativamente más grande que la bobina de gradiente, reduciendo adicionalmente la influencia de las corrientes de Foucalt.

[0041] Otras ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la discusión que sigue y serán apreciadas por los expertos en la materia.

Breve descripción de los dibujos

[0042] La invención se describirá a continuación en conexión con los dibujos adjuntos a la presente, en los que:

La Fig. 1 es una ilustración esquemática de un primer ejemplo de un aparato para uso en la presente invención; la Fig. 2 es una ilustración esquemática de un segundo ejemplo de un aparato para uso en la presente invención; la Fig. 3 es una ilustración esquemática de un tercer ejemplo de un aparato para uso en la presente invención; la Fig. 4 es una ilustración esquemática de un cuarto ejemplo de un aparato para uso en la presente invención; la Fig. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para generar un gradiente de campo magnético; La Fig. 6 es una gráfica que representa el gradiente de campo magnético y la duración típica de un dispositivo de IRM de la técnica anterior tal como se usa clínicamente; y

La Fig. 7 es una gráfica que representa la duración y el gradiente de campo magnético contemplados por la presente invención.

Descripción de la invención

[0043] La presente invención se describirá ahora en relación con una o más realizaciones. Se pretende que las realizaciones sean representativas de la invención y no limiten el alcance de la invención. Se pretende que la invención abarque equivalentes y variaciones, como deberían apreciar los expertos en la materia.

[0044] Como preludio a la discusión de las diversas realizaciones de la presente invención, se proporciona ahora una discusión general de los dispositivos de IRM. Esta descripción general no pretende ser limitativa de la invención. Se proporciona simplemente para ayudar a comprender los componentes de las diversas realizaciones de la presente invención, como se detalla a continuación.

[0045] Como regla general, un dispositivo de IRM incluye un generador de campo magnético, típicamente una bobina magnética y un generador o transmisor de radiofrecuencia («RF»). La bobina magnética genera un campo magnético variable en el tiempo y el generador de RF emite ondas de radio. El dispositivo de IRM también suele aplicar un campo magnético estático.

[0046] Como deberían apreciar los expertos en la materia, el tejido está compuesto principalmente por moléculas de agua, cada una de las cuales contiene átomos de hidrógeno. Cuando el tejido de una persona está expuesto a un campo magnético fuerte, los átomos de hidrógeno se alinean con la dirección del campo magnético. Posteriormente, el generador de RF emite ondas de radio a los átomos de hidrógeno mientras está en el estado alineado. Parte de la energía de las ondas de radio es absorbida por los átomos de hidrógeno en las moléculas de agua, alterando así la alineación magnética de los átomos de hidrógeno. El estado magnético alterado es detectado por el detector, que genera señales que se procesan para formar una imagen.

[0047] Con esta descripción general en mente, ahora se hace referencia a la Fig. 1. La Fig. 1 proporciona un diagrama esquemático de un primer ejemplo contemplado de un dispositivo de IRM 10 para su uso en la presente invención.

[0048] El dispositivo de IRM 10 incluye una fuente de energía 12. La fuente de energía 12 puede ser cualquier tipo de generador adecuado para generar energía que se proporcionará al uno o más de los componentes conectados al mismo. El generador puede proporcionar una corriente alterna (CA) o una corriente continua (CC), como deberían apreciar los expertos en la materia. La salida precisa de la fuente de energía 10 no es crítica para el funcionamiento de la presente invención. Además, la salida de energía, una vez generada, puede convertirse en diferentes tipos (por ejemplo, CA o CC) según lo requieran los componentes individuales del sistema.

[0049] En la Fig. 1, se ilustra que la fuente de energía 12 proporciona energía a cada uno de los diversos componentes del dispositivo de IRM 10 de la presente invención. Sin embargo, se observa que la disposición representada pretende ser meramente ilustrativa. Tal como deberían apreciar los expertos en la materia, los componentes individuales del dispositivo de IRM 10 pueden recibir energía de una fuente centralizada, tal como la fuente de energía 12. Alternativamente, los diversos componentes pueden recibir energía de fuentes de energía alternativas. Por consiguiente, la representación de una única fuente de energía 12 no pretende ser limitativa de la invención.

[0050] Además, como se detalla a continuación, el dispositivo de IRM 10 se ilustra y discute con referencia a líneas de comunicación individuales (o enlaces) que se extienden entre los diversos componentes. La ilustración de líneas de comunicación individuales pretende simplificar la discusión y la ilustración de las diversas realizaciones de la invención. Tal como deberían apreciar los expertos en la materia, puede haber múltiples líneas de comunicación entre los diversos componentes del dispositivo de IRM 10 según sea necesario para su funcionamiento. Además, las líneas de comunicación no pretenden limitarse a enlaces por cable. Por el contrario, las líneas de comunicación pueden ser inalámbricas, según se requiera o desee para el funcionamiento del dispositivo de IRM 10.

[0051] La fuente de energía 12 puede incluir una pluralidad de fuentes de energía 12, cada una de las cuales genera energía con características diferentes, según lo requieran los dispositivos y/o componentes asociados con estos.

[0052] Como se ilustra en la Fig. 1, la energía de la fuente de energía 12 se desplaza en dos direcciones. La energía de la fuente de energía 12 se conduce primero a lo largo de una línea de comunicación 14 a un condensador 16. La energía de la fuente de energía 12 se transporta en segundo lugar a lo largo de una línea de comunicación 18 a un procesador 20.

[0053] El condensador 16 puede ser de cualquier tamaño o tipo como lo apreciarían los expertos en la materia. Tal como es su naturaleza, el condensador 16 almacena una carga basada en la energía ingresada desde la fuente de energía 12. Esa carga se descarga finalmente, como se discute con mayor detalle a continuación.

[0054] Si bien la Fig. 1 ilustra un solo condensador 16, se puede emplear una pluralidad de condensadores 16 sin apartarse del alcance de la presente invención. En una realización contemplada, el dispositivo de IRM 10 depende de una pluralidad de condensadores 16 para su funcionamiento. Tal como deberían apreciar los expertos en la materia, se puede emplear una pluralidad de conjuntos de condensadores 16 para generar gradientes de campo magnético sucesivos.

[0055] En la segunda vía de flujo, se proporciona energía desde la fuente de energía 12 al procesador 20. El procesador 20 puede ser de cualquier tipo adecuado para ejecutar instrucciones, generar datos, recibir datos, almacenar datos y similares. El procesador 12 puede ser un ordenador personal. Alternativamente, el procesador 12 puede ser un ordenador central, un ordenador portátil, un asistente de datos personales («PDA») o cualquier otro dispositivo similar. El diseño y la funcionalidad exactos del procesador 12 no son críticos para el funcionamiento de la presente invención. Por consiguiente, el procesador 12 puede ser de cualquier tipo adecuado para el funcionamiento del dispositivo de IRM 10.

[0056] El condensador 16 está conectado, a través de una línea de comunicación 22, a un interruptor, donde el término interruptor se refiere a uno o más módulos de interruptor de estado sólido de alta energía como se describió anteriormente. Por consiguiente, cuando el condensador 16 descarga la carga almacenada, la carga almacenada pasa a través de la línea de comunicación 22 al interruptor 24.

[0057] El interruptor 24 está conectado, a través de una línea de comunicación 26, a una bobina 28. Por consiguiente, cuando se descarga el condensador 16, la energía del condensador 16 se pasa a la bobina 28, que genera un campo magnético 30.

[0058] La bobina 28 no necesita ser una sola bobina. Por el contrario, se contempla que la bobina 28 puede incluir una pluralidad de bobinas 28, cada una de las cuales es capaz de generar todo o parte del campo magnético 30. Además, como deberían apreciar los expertos en la materia, donde se emplea una pluralidad de bobinas 28, las bobinas 28 no necesitan ser del mismo tipo o tamaño. Por el contrario, se contempla que, cuando se emplea una pluralidad de bobinas 28, pueden ser diferentes entre sí para producir gradientes de campo magnético de diferentes magnitudes, períodos, etc.

[0059] Como también se muestra en la Fig. 1, el dispositivo de IRM 10 incluye un transmisor de RF 32. Tal como se describió brevemente anteriormente, el transmisor de RF 32 genera ondas de radio 34. Si bien se ilustra un transmisor de RF 32, se contempla que se puede emplear una pluralidad de transmisores de RF 32. Además, cuando se emplea una pluralidad de transmisores de RF 32, pueden ser de diferentes tamaños, tipos, etc.

[0060] Tal como se ilustra, el campo magnético 30 y las ondas de RF 34 se dirigen a una muestra de tejido 36. Si bien la muestra de tejido 36 puede ser una porción de un organismo, también puede ser un organismo completo.

[0061] Después de la interacción del campo magnético 30 y las ondas de RF 34 con el tejido 36, el tejido 36 genera una señal de respuesta 38 que es detectada por el detector 40. Como deberían apreciar los expertos en la materia, la señal 38 puede abarcar una multitud de señales diferentes del tejido 36. El detector 40 detecta las señales 38 y pasa las señales 38 al procesador 20 a través de la línea de comunicación 42. El procesador 20 recibe y procesa las señales 38 para generar una imagen representativa de la composición del tejido 36.

[0062] Como deberían apreciar los expertos en la materia, el procesador 20 puede no ser el dispositivo que procesa las señales 38 para generar la imagen del tejido 36. Por el contrario, el detector 40 se puede combinar con un dispositivo de formación de imágenes adecuado. El generador de imágenes puede ser un componente separado del procesador 20 y el detector 40.

[0063] Con referencia continua a la Fig. 1, el dispositivo de IRM 10 incluye una línea de comunicación 42. La línea de comunicación 42 se ilustra como un bus central que conecta el procesador 20 al condensador a través de la línea de comunicación 44, al interruptor, a través de la línea de comunicación 46, a la bobina, a través de la línea de comunicación 48, y al transmisor de RF, a través de la línea de comunicación 50. Sin embargo, no se requiere un bus central para poner en práctica la invención. Por el contrario, se pueden establecer múltiples conexiones entre los componentes del dispositivo de IRM 10.

[0064] Cabe señalar que todas las líneas de comunicación 14, 18, 22, 26, 42, 44, 46, 48, 50 pueden conducir datos y/o energía. Por lo tanto, las líneas de comunicación pretenden ilustrar conexiones multimodales entre los diversos componentes del dispositivo de IRM 10. Como se señaló anteriormente, cada una de las líneas de comunicación 14, 18, 22, 26, 42, 44, 46, 48, 50 se puede reemplazar con una o más conexiones separadas, según se requiera o desee. Las líneas de comunicación 14, 18, 22, 26, 42, 44, 46, 48, 50 pueden ser unidireccionales o bidireccionales según se requiera o desee.

[0065] Con respecto a las líneas de comunicación 42, 44, 46, 38, 50, se contempla que el procesador 20 proporcionará instrucciones de funcionamiento a uno o más de los componentes a los que está conectado. Por lo tanto, se contempla que el procesador 20 incorpore funcionalidad de control sobre uno o más de los componentes, como deberían apreciar los expertos en la materia. También se contempla que los controles se pueden alimentar de un componente a otro, según sea necesario o deseado para el funcionamiento del dispositivo de IRM 10.

[0066] La Fig. 2 ilustra un segundo ejemplo de un dispositivo de IRM 52 adecuado para su uso en la presente invención. Muchos de los componentes del dispositivo de IRM 52 son los mismos que se ilustran y describen en conexión con el dispositivo de iRm 10 en la Fig. 1. Como resultado, esos componentes se proporcionan con los mismos números de referencia que los componentes en la Fig. 1. Además, las descripciones de estos componentes no se repiten en aras de la brevedad.

[0067] El dispositivo de IRM en la Fig. 2 difiere del dispositivo de IRM 10 en la Fig. 1 en al menos un aspecto. Específicamente, el condensador 16 y el interruptor 24 se han reemplazado con una línea de formación de pulsos 54. Tal como deberían apreciar los expertos en la materia, la línea de formación de pulsos 54 puede incluir uno o más condensadores e interruptores. La línea de formación de pulsos 54 está conectada a la fuente de energía 12 a través de la línea de comunicación 56. La línea de formación de pulsos 54 está conectada a la bobina 28 a través de la línea de comunicación 58. La línea de formación de pulsos 54 se conecta al procesador a través de la línea de comunicación 60.

[0068] Como se discutió anteriormente, una línea de formación de pulsos 54 también se conoce como una línea de Blumlein. Las líneas de formación de pulsos 54 son líneas de transmisión que comienzan a drenar su carga en respuesta a un evento de activación, tal como cuando se activa mediante un interruptor de estado sólido. Las líneas de formación de pulsos 54 también se denominan redes de formación de pulsos. Una red formadora de pulsos (pulse forming network «PFN») acumula energía eléctrica durante un período de tiempo predeterminado y libera la energía eléctrica en forma de un pulso cuadrado en un período de tiempo relativamente corto, dependiendo de los materiales que componen la PFN 54. Las PFN 54 también se pueden modificar genéticamente para proporcionar energía pulsada. Una PFN 54 puede cargarse mediante una fuente de energía de alto voltaje 12 y a continuación descargarse rápidamente (posiblemente a través de un interruptor de alto voltaje).

[0069] La línea de formación de pulsos 54 puede ser una sola línea o puede ser una pluralidad de líneas combinadas entre sí. La línea de formación de pulsos 54 también puede ser una red de formación de pulso 54, como se discutió anteriormente. La composición y construcción exacta del PFN 54 no es crítica para el funcionamiento de la presente invención.

[0070] La Fig. 3 ilustra un tercer ejemplo de un dispositivo de IRM 62. Este ejemplo es similar al dispositivo de IRM 52 ilustrado en la Fig. 2. En este tercer ejemplo, sin embargo, se ha añadido un interruptor 64 entre la fuente de energía 12 y la línea de formación de pulsos 54. Como se ilustra, la fuente de energía está conectada al interruptor a través de una línea de comunicación 66. El interruptor 65, a su vez, está conectado al procesador 20 a través de la línea de comunicación 68. Como se señaló anteriormente, el interruptor 65 puede emplearse para activar la línea de formación de pulsos 54 para liberar su energía a la bobina 28.

[0071] La Fig. 4 ilustra un cuarto ejemplo de un dispositivo de IRM 70. Este cuarto ejemplo es una modificación del dispositivo de IRM 62, que se ilustra en la Fig. 3. Aquí, se ha insertado un condensador 72 entre el interruptor 64 y la fuente de energía 12. El condensador 72 se conecta a la fuente de energía a través de la línea de comunicación 74. El condensador 72 se conecta al procesador a través de la línea de comunicación 76. En esta realización, se contempla que el condensador 72 descargará energía al interruptor 64, que descargará energía a través de la línea de formación de pulsos 54 a la bobina 28, como se ilustra.

[0072] Con respecto a los ejemplos ilustrados en las Fig. 1,2, 3 y 4, y a los efectos de la presente invención, la conexión entre la fuente de energía 12 y la bobina 28 se considera una línea de comunicación controlada. Como resultado, los ejemplos proporcionan variaciones para las construcciones contempladas de esa línea de comunicación controlada.

[0073] La Fig. 5 ilustra un procedimiento 78 fuera del alcance de la presente invención. El procedimiento 78 comienza en 80 y termina en 88. Después del arranque 80, a 82, se genera un gradiente de campo magnético con una amplitud mínima de 1 miliTesla por metro (mT/m). En 84, el gradiente de campo magnético se mantiene durante al menos aproximadamente 1 microsegundo y hasta aproximadamente 10 milisegundos (este es el período de tiempo de meseta, como se discute a continuación). En 86, el gradiente de campo magnético se cambia en un marco de tiempo lo suficientemente pequeño como para no solicitar una respuesta del tejido neurológico. Un punto de decisión 85 sigue a la operación identificada en 86. Como indica el diagrama de flujo de la Fig. 5, a través del punto de decisión 85, las etapas 84 y 86 se repiten según sea necesario para obtener información fisiológica y/o anatómica sobre los tejidos. Si la secuencia de pulso es suficiente para obtener la información fisiológica y/o anatómica necesaria sobre los tejidos, entonces el procedimiento 78 termina en 88.

[0074] Como se discute con mayor detalle a continuación, se contempla que la aplicación del gradiente de campo magnético con tiempos de subida y bajada de menos de aproximadamente 10 microsegundos establecerá condiciones adecuadas para evitar activar una respuesta biológica del tejido neurológico. Como deben apreciar los expertos en la materia, y como se discute con mayor detalle más adelante, la presente invención permite la aplicación de un gradiente de campo magnético más alto que el permitido utilizando la tecnología existente, porque la presente invención se basa, al menos en parte, en tiempos de subida y bajada más cortos que los disponibles en la técnica anterior. Más específicamente, la presente invención comprende generar una secuencia de pulsos de gradiente de campo magnético de una amplitud de al menos 200 miliTesla por metro y no más de 1000 miliTesla por metro, donde el gradiente de campo magnético se mantiene a dicha amplitud durante un período de tiempo de meseta de al menos un microsegundo, y se cambia durante tiempos de subida y bajada de ambos de menos de 10 microsegundos.

[0075] La Fig. 6 es una ilustración gráfica de un único pulso de gradiente de campo magnético según la técnica anterior. El tiempo de subida tsubida (aproximadamente 150 microsegundos) y el tiempo de bajada tbajada (aproximadamente 150 microsegundos) del pulso de gradiente de campo magnético exceden un tiempo de respuesta neurológica trespuesta para el tejido neurológico a una velocidad de giro de campo magnético típica Stípica. Para un sistema clínico típico, Stípico es de 400 T/m/s. La adquisición de datos se realiza típicamente durante la fase de meseta, debido a las dificultades para desconectar los efectos del campo de gradiente cambiante. Como resultado, la porción más útil del pulso es el tiempo de meseta, tmeseta. La duración del pulso incluye tanto los tiempos de subida y bajada como el tiempo de meseta, para una duración total típica de 500 microsegundos. Por lo tanto, debe ser evidente que acortar los tiempos de subida y bajada puede reducir el tiempo total de escaneo.

[0076] Tal como deberían apreciar los expertos en la materia, los términos «subida» y «bajada» se pueden aplicar tanto a pulsos generados por negativos como por positivos.

[0077] La Fig. 7 proporciona una ilustración gráfica de un pulso de gradiente de campo magnético generado según la presente invención. La duración de tiempo de subida de pulso acortado Wo_subida es menor que el tiempo de subida tsubida según la práctica en la técnica anterior. La presente invención emplearía típicamente un tcorto_subida de 10 microsegundos o menos. La duración de tiempo de bajada de pulso acortado tcorto_bajada es menor que el tiempo de bajada tbajada según la práctica en la técnica anterior. La presente invención emplea una tcorto_bajada de 10 microsegundos o menos. Además, los tiempos de rampa de pulso tcorto_subida y tcorto_descenso son menores que el tiempo de respuesta neurológica trespuesta para el tejido neurológico a una velocidad de giro de campo magnético típica Stípica. La velocidad de giro en la presente invención aumenta como resultado de los tiempos de rampa de pulso reducidos. En la presente invención, la magnitud de la meseta se incrementa, en comparación con la técnica anterior, debido a varios factores. En primer lugar, la magnitud de la meseta se puede aumentar debido a las técnicas de conmutación mejoradas como se describió anteriormente. En segundo lugar, la magnitud de la meseta puede aumentarse porque los tejidos se despolarizan y repolarizan en un corto período de tiempo similar al tiempo de respuesta neurológica trespuesta, en un tren multifásico de pulsos según lo prescrito por el modelo de acuerdo con Reilly.

[0078] Como debería ser evidente, la corta duración de los períodos de tiempo tcorto_subida y tcorto_descenso hacen posible la aplicación de un pulso magnético de gran magnitud sin solicitar una respuesta biológica del tejido neurológico. Como se discutió anteriormente, es el cambio en el campo magnético el que provoca una respuesta biológica. Con un cambio rápido en la fuerza del campo magnético, los efectos sobre el tejido biológico pueden minimizarse de tal manera que haya poca o ninguna respuesta biológica del tejido.

[0079] Se contempla que la magnitud del pulso durante el período de tiempo tmeseta puede ser cualquier valor. Como se discutió anteriormente, fuera del alcance de la presente invención, la magnitud puede ser tan pequeña como 1 mT/m. Se contempla que la magnitud puede ser menor o mayor que 1 mT/m, según se requiera o desee para una aplicación particular. Si bien la magnitud del campo magnético es teóricamente ilimitada en su límite superior, es previsible que la magnitud pueda ser de 1000 mT/m o menos.

[0080] En cuanto a la duración de los períodos de tiempo Wo_sub¡da y tcorto_descenso, se contempla que estos períodos de tiempo caerán en un intervalo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10 microsegundos. Como se señaló anteriormente, 10 microsegundos es un período de tiempo suficientemente corto en el que cambiar un campo magnético para que el tejido no reaccione biológicamente. Naturalmente, cuanto más corta sea la duración de tcorto_subida y tcorto_descenso, menor será la probabilidad de provocar una respuesta biológica. De acuerdo con esta premisa, se contempla que la invención operará con uno o ambos períodos de tiempo, tcorto_subida y tcorto_descenso, que son menores que alrededor de 9 microsegundos. En otra realización contemplada, uno o ambos de los períodos de tiempo es menor que alrededor de 8 microsegundos. En aun otra realización contemplada, uno o ambos de los períodos de tiempo es menor que alrededor de 7 microsegundos. Además, los períodos de tiempo son menores que alrededor de 6 microsegundos en otra realización contemplada. En otra realización contemplada, uno o ambos de los períodos de tiempo es menor que alrededor de 5 microsegundos. Uno o ambos de los períodos de tiempo pueden ser menores que alrededor de 4 microsegundos en aun otra realización contemplada. Aún más, se contempla que uno o ambos de los períodos de tiempo es menor que 3 microsegundos. En una realización adicional contemplada, uno o ambos períodos de tiempo es menor que alrededor de 2 microsegundos. En una realización adicional contemplada, uno o ambos de los períodos de tiempo es menor que alrededor de 1 microsegundo. Como debería ser evidente, los períodos de tiempo, tcorto_subida y tcorto_descenso, no necesitan ser idénticos en duración. La variable tcorto_subida puede ser mayor que, igual a, o menor que la variable tcorto_descenso sin apartarse del alcance de la presente invención.

[0081] En la presente invención, el acortamiento de los tiempos generales de escaneo se efectúa a través de al menos mecanismos en la presente invención: En primer lugar, la reducción de los tiempos de subida y bajada conduce a una reducción general del tiempo de escaneo. En segundo lugar, la mayor magnitud de meseta permite que el sistema de IRM adquiera datos de calidad comparable a la técnica anterior utilizando un tiempo de meseta más corto t corto_meseta.

[0082] Una comparación entre las Fig. 6 y 7 también ilustra un aspecto adicional de la presente invención. Específicamente, el gradiente de campo magnético generado por la técnica anterior es aproximadamente 5 veces más débil que el gradiente de campo magnético generado por el dispositivo de IRM 10 de la presente invención.

[0083] En resumen, la invención incluye un procedimiento para disminuir los efectos biológicos en la formación de imágenes por resonancia magnética a través del uso de longitudes de pulso reducidas y pulsos de gradiente magnético multifásico.

[0084] Como se discutió, los pulsos magnéticos se crean liberando carga eléctrica almacenada en condensadores y/o líneas de transmisión en bobinas y/o líneas de transmisión cerca de una parte del cuerpo. Las bobinas pueden incluir materiales dieléctricos y/o de ferrita que ayudan a dar forma a los pulsos magnéticos. Los materiales de ferrita se pueden usar para construir campos electromagnéticos dinámicos complejos para circuladores y otros elementos de circuito empleados en transmisiones y receptores de microondas (como lo describe Ansoft Corporation, en Microwave Journal, junio de 1996).

[0085] Entre otras diferencias, la invención difiere de la técnica anterior al prescribir trenes de pulso multifásicos en un corto período de tiempo similar al tiempo de respuesta neurológica trespuesta, a diferencia de las secuencias de pulso enseñadas anteriormente.

[0086] Otros aspectos de la presente invención deberían ser evidentes para los expertos en la materia con base en la descripción proporcionada en esta invención.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para implementar la formación de imágenes por resonancia magnética de estructuras que contienen tejido neurológico, donde el tejido neurológico comprende al menos una parte de un organismo vivo, el procedimiento comprende: generar y aplicar a dicho tejido una secuencia de pulsos de gradiente de campo magnético de una amplitud de al menos 200 miliTesla por metro y no más de 1000 miliTesla por metro, donde el gradiente de campo magnético se mantiene a dicha amplitud durante un período de tiempo de meseta de al menos un microsegundo, y se cambia durante tiempos de subida y bajada de ambos de menos de 10 microsegundos.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, donde los pulsos de gradiente de campo magnético se generan usando un generador de campo magnético para formación de imágenes por resonancia magnética que comprende al menos una fuente de energía, al menos una bobina conectada a la al menos una fuente de energía para generar un campo magnético variable en el tiempo, al menos un condensador conectado a la bobina, donde el al menos un condensador almacena energía de la al menos una fuente de energía que se aplica a la al menos una bobina, y al menos un interruptor de alto voltaje de múltiples etapas conectado entre el condensador y la bobina, donde la energía almacenada del condensador se suministra a la al menos una bobina de modo que la bobina genere los pulsos de gradiente de campo magnético.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, donde los pulsos de gradiente de campo magnético se generan usando un generador de campo magnético para formación de imágenes de resonancia magnética que comprende al menos una fuente de energía, al menos una bobina conectada a la al menos una fuente de energía para generar un campo magnético variable en el tiempo, y al menos una red de formación de pulsos conectada entre la al menos una fuente de energía y la al menos una bobina, donde la energía almacenada de la al menos una red de formación de pulsos se suministra a la al menos una bobina de modo que la bobina genera los pulsos de gradiente de campo magnético.