FI121899B - Method, device and computer software product for magnetic image making of objects - Google Patents

Method, device and computer software product for magnetic image making of objects Download PDF

Info

Publication number
FI121899B
FI121899B FI20085766A FI20085766A FI121899B FI 121899 B FI121899 B FI 121899B FI 20085766 A FI20085766 A FI 20085766A FI 20085766 A FI20085766 A FI 20085766A FI 121899 B FI121899 B FI 121899B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
polarization
field
magnetic
measurement
imaging
Prior art date
Application number
FI20085766A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20085766A0 (en
FI20085766A (en
Inventor
Jaakko O Nieminen
Original Assignee
Teknillinen Korkeakoulu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teknillinen Korkeakoulu filed Critical Teknillinen Korkeakoulu
Priority to FI20085766A priority Critical patent/FI121899B/en
Publication of FI20085766A0 publication Critical patent/FI20085766A0/en
Publication of FI20085766A publication Critical patent/FI20085766A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI121899B publication Critical patent/FI121899B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/54Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console

Description

Menetelmä, laitteisto ja tietokoneohjelmatuote kohteiden magneettiseksi kuvantamisek-siMethod, hardware and computer program product for magnetic imaging of objects

Keksintö liittyy kohteiden magneettiseen kuvantamiseen esimerkiksi magneet-5 ti(resonanssi)kuvauksen avulla (lyhyemmin MK; engl. magnetic resonance imaging, MRI). Erityisesti keksintö liittyy magneettikuvaussignaalien koodaamiseen siten, että signaaleista saadaan muodostettua kuva kohteesta, eli menetelmään kuvan muodostamiseksi magneettikuvauksessa patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisesti. Lisäksi keksintö liittyy kuvantamislaitteeseen ja tietokoneohjelmatuotteeseen tällaisen menetelmän suorittamiseksi 10 magneettikuvauslaitteessa.The invention relates to magnetic imaging of objects, for example, by magnetic resonance imaging (MRI). In particular, the invention relates to encoding MRI signals so as to obtain an image of the subject, i.e. a method of imaging MRI according to the preamble of claim 1. The invention further relates to an imaging device and a computer program product for performing such a method on a MRI device.

Magneettikuvaus on kajoamaton menetelmä aineen sisärakenteen tutkimiseen. Kuvaus perustuu näytteen magnetisointiin ja magnetoituneen näytteen tuottamien prekessiosignaa-lien havainnointiin. Mitattujen signaalien perusteella voidaan tuottaa kuva kohteesta.Magnetic resonance imaging (MRI) is a non-destructive method for studying the internal structure of matter. The description is based on the magnetization of the sample and the observation of the precursor signals produced by the magnetized sample. Measured signals can be used to produce an image of an object.

1515

Magneettikuvaustekniikat voidaan karkeasti jakaa kahteen luokkaan: samaa pää- ja mitta-usmagneettikenttää hyödyntävä kuvaus ja esipolarisoitu kuvaus. Ensimmäisessä tapauksessa samaa päämagneettikenttää käytetään sekä näytteen polarisointikenttänä että signaalien prekessiokenttänä (mittauskenttä). Tämä kenttä on hyvin homogeeninen näytteen alueella 20 ja saa aikaan sen, että näyte polarisoituu magneettisesti kentän suuntaisesti, eli näytteeseen syntyy nettomagnetisaatio. Jotta nettomagnetisaatio voidaan mitata, se on käännettävä pois polarisaatioakselilta. Tämä tehdään radiotaajuisella RF-pulssilla, joka synnyttää päämag-neettikentän kenttäviivoja vastaan kohtisuoran muuttuvan magneettikenttäkomponentin (aineen atomiytimien prekession ns. Larmor-taajuus, eli prekessiotaajuus on verrannollinen o 25 magneettikentän amplitudiin ja sijaitsee RF-alueella). Kun RF-pulssi kytketään pois, net- oj tomagnetisaatio alkaa päämagneettikentän suuntaviivojen ympäri prekessoiden palata kohti oo polarisaatiosuuntaa. Tämän ns. relaksaation aikana nettomagnetisaation prekessio voidaan x yhden tai useamman vastaanottokelan tai -sensorin avulla mitata näytteen ulkopuolelta.Magnetic resonance imaging techniques can be roughly divided into two categories: imaging using the same main and metering magnetic field, and pre-polarized imaging. In the first case, the same main magnetic field is used as both the polarization field of the sample and the precursor field of the signals (measurement field). This field is very homogeneous in the sample region 20 and causes the sample to polarize magnetically in the direction of the field, i.e. net magnetization to the sample. In order to measure net magnetization, it must be turned away from the polarization axis. This is done with a radio frequency RF pulse which generates a variable magnetic field component perpendicular to the field lines of the main magnetic field (the so-called Larmor frequency of the atomic nucleus of the substance, i.e. the precession frequency is proportional to? 25 magnetic field amplitude). When the RF pulse is switched off, the net magnetization begins around the directions of the main magnetic field to return the precessors toward the oo polarization direction. This so-called during relaxation, the preconception of net magnetization can be measured x by one or more receiving coils or sensors outside the sample.

CLCL

Tyypillisesti ns. korkeakenttäkuvaus, jossa päämagneettikentän suuruus voi olla jopa useita £5 30 tesloja, kuuluu tähän ryhmään. Myös ns. matalakenttäkuvauksen yhteydessä käytetään 00 o termiä RF-pulssi vastaavasti kuin korkeakenttäkuvauksessa, vaikka prekessiotaajuudet C\l eivät olekaan radiotaajuusalueella.Typically, the so-called. high-field imaging, where the magnitude of the main magnetic field can be as high as several £ 5 to 30 tesls, falls into this category. Also the so-called. for low-field imaging, the 00 o term RF pulse is used similarly to high-field imaging, even though the precession frequencies C11 are not in the radio frequency range.

22

Toisessa tapauksessa, eli esipolarisoidussa magneettikuvauksessa näyte aluksi polarisoidaan polarisaatiokentässä, minkä jälkeen polarisaatiokenttä kytketään pois ja tyypillisesti polarisaatiokenttää matalampi mittauskenttä kytketään päälle. Nettomagnetisaation prekes-sio mittauskentän (sisältäen tyypillisesti myös erilaisia gradienttikenttiä) ympäri mitataan 5 näytteen ulkopuolelta yhdellä tai useammalla vastaanottokelalla (tai -sensorilla). Esipolari-soitua kuvausta voidaan suorittaa täysin ilman RF-pulsseja tai myös hyödyntämällä RF-pulsseja magnetisaation kääntämiseen polarisaatiosuunnasta.In the second case, i.e., in the pre-polarized MRI, the sample is initially polarized in a polarization field, after which the polarization field is switched off and a measuring field lower than the polarization field is typically switched on. The preconception of the net magnetization around the measurement field (typically including various gradient fields) is measured outside the 5 samples with one or more receiving coils (or sensors). Pre-polarized imaging can be performed completely without RF pulses or by utilizing RF pulses to reverse magnetization from the polarization direction.

Esipolarisoidussa magneettikuvauksessa voidaan käyttää matalaa mittauskenttää ja supra-10 johtavia SQUID-sensoreita (engl. superconducting quantum interference device) tai muita antureita, kuten mixed-sensoreita tai atomimagnetometrejä. Esipolarisoidussa matalakent-tä-MK:ssa näyte aluksi polarisoidaan magneettikentässä, jonka suuruus voi olla esimerkiksi joitain kymmeniä millitesloja. Tämän jälkeen polarisaatiokenttä kytketään pois ja matalampi (suuruus esimerkiksi joitain mikrotesloja) mittauskenttä kytketään päälle ainakin 15 osittain kohtisuorassa polarisaatiokentän suuntaa vastaan. Jälleen, nettomagnetisaation prekessio mittauskentän ympäri mitataan näytteen ulkopuolelta yhdellä tai useammalla vastaanottokelalla (tai -sensorilla). Toisaalta, matalakenttäkuvausta voidaan tehdä myös ilman esipolarisaatiota käyttämällä soveltuvia sensoreita.For low-field pre-polarized MRI, superconducting quantum interference device (SQUID) sensors or other sensors such as mixed sensors or atomic magnetometers can be used. In pre-polarized low-field MK, the sample is initially polarized in a magnetic field, for example, in the order of tens of milliseconds. The polarization field is then switched off, and a lower (for example, some microtesl) size field is turned on at least 15 partially orthogonal to the direction of the polarization field. Again, the precedence of net magnetization around the measuring field is measured from the outside of the sample by one or more receiving coils (or sensors). On the other hand, low-field imaging can also be performed without pre-polarization using suitable sensors.

20 Koska relaksaation nopeus riippuu aineen fysikaalisista ominaisuuksista, ja on siten eri aineilla hieman erisuuruinen, saadaan tietoa aineen sisärakenteesta, mikäli mitattavien MK-signaalien alkuperä pystytään paikantamaan. Kyseessä on siis käänteisongelman ratkaisu. Tavanomaisesti MK-signaalien paikantamiseen on käytetty Fourier-koodausta. Menetelmässä mittauskenttään lisätään erisuuruisia lineaarisia gradienttikenttiä, jolloin pre-o 25 kessiotaajuudet tulevat paikasta riippuviksi (taajuuskoodaus). Toisaalta, altistamalla pre- c\i kessoiva magnetisaatio hetkellisesti gradienttikentälle, prekession vaihe tulee paikasta riip- o oo puvaksi (vaihekoodaus). Erityisesti korkeakenttä-MK:ssa käytetty tapa on myös poikkeut- x taa magnetisaatiota RF-pulssilla kun näytteen yli vaikuttaa gradienttikenttä, jolloin vain20 Since the rate of relaxation depends on the physical properties of the substance, and is therefore slightly different from one substance to another, information on the internal structure of the substance is obtained if the origin of the measured MK signals can be located. So this is the solution to the inverse problem. Conventionally, Fourier coding has been used to locate MK signals. In the method, linear gradient fields of different magnitudes are added to the measurement field, whereby the pre-o 25 processor frequencies become location dependent (frequency coding). On the other hand, by briefly exposing the pre-cessing magnetization to a gradient field, the precession phase becomes location dependent (phase coding). Particularly in high field MK, the way is also to deflect magnetization by RF pulse when a gradient field is applied over the sample, whereby only

CLCL

RF-taajuutta vastaavassa kentässä oleva näytteen osa magnetoituu (leikekoodaus). Yllä r5 30 mainitut tavat ovat hyvin suosittuja ja kuvanmuodostus voidaan tehdä nopealla Fourier- o muunnoksella. Nykyisin Fourier-koodauksen mittausnopeutta rajoittavat käytettävissä ole-The portion of the sample in the field corresponding to the RF frequency is magnetized (slice coding). The methods mentioned above for r5 30 are very popular and the imaging can be done with a fast Fourier transform. At present, the measurement rate of Fourier coding is limited by the available-

(M(M

vat gradientit ja turvallisuustekijät. Matalat magneettikentät antavat korkeita kenttiä enemmän mahdollisuuksia mittausten tekemiseen ja kuvaussekvenssien suunnitteluun.gradients and safety factors. Low magnetic fields give higher fields more opportunities for measurements and design of imaging sequences.

33

Kohteen magnetisaation ja siten myös mitattavan prekessiosignaalin voimakkuus riippuu käytettävän magneettikentän suuruudesta ja tarkan kuvan muodostaminen vie huomattavasti aikaa matalimmissa kentissä, etenkin jos kohinataso on signaaleihin nähden huomattava. Tästä johtuen magneettikuvauksessa, erityisesti matalakenttä-MK:ssa, mittausajat 5 ovat pitkiä ja alalla on tarvetta kuvausta nopeuttavilla menetelmille.The magnitude of the object's magnetization, and hence the magnitude of the precession signal to be measured, depends on the magnitude of the magnetic field used, and the formation of an accurate image takes considerable time in the shallower fields, especially if the noise level is significant. As a result, in magnetic resonance imaging, especially in low-field MK, the measurement times 5 are long and there is a need in the art for methods to accelerate imaging.

Viime aikoina usean eri vastaanottokelan käyttö magneettikuvauksessa on yleistynyt, koska kelojen herkkyysprofiilien tarjoamalla informaatiolla on mahdollista lyhentää mittaus-aikoja. Menetelmiä kutsutaan rinnakkaiskuvaukseksi (engl. parallel MRI). Toisaalta useita 10 keloja voidaan käyttää myös ilman kuvauksen nopeuttamista, esimerkiksi kohinatason pienentämiseen.Recently, the use of multiple receiving coils in magnetic resonance imaging has become more common, since the information provided by the sensitivity profiles of the coils makes it possible to shorten measurement times. These methods are called parallel MRIs. On the other hand, several coils 10 can also be used without speeding up the imaging, for example to reduce the noise level.

Yleistietoa magneettikuvauksesta ja kuvanmuodostuksesta on esitetty mm. kirjassa Z.-P. Liang and P. C. Lauterbur. Principles of Magnetic Resonance Imaging: A Signal Process-15 ing Perspective. IEEE Press Series in Biomedical Engineering. IEEE Press, 2000.General information on MRI and imaging is presented e.g. in Z.-P. Liang and P. C. Lauterbur. Principles of Magnetic Resonance Imaging: A Signal Process-15 ing Perspective. IEEE Press Series in Biomedical Engineering. IEEE Press, 2000.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi menetelmä ja laitteisto kuvan muodostamiseksi magneettikuvantamisessa, erityisesti esipolarisoidussa magneettikuvauksessa. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, joka tarjoaa kohteesta enemmän 20 informaatiota tietyssä ajassa ja toisaalta mahdollistaa mittausaikojen lyhentämisen. Keksinnön yhtenä tavoitteena on myös saada aikaan menetelmä, jonka avulla on mahdollista välttää signaalin mittauksen aikaisten gradienttikenttien käyttäminen, tai ainakin vähentää niiden tarvetta.The object of the invention is to provide a new method and apparatus for imaging in magnetic resonance imaging, in particular in pre-polarized magnetic resonance imaging. In particular, it is an object of the invention to provide a method which provides more information about a subject in a given time and, on the other hand, enables the measurement times to be shortened. It is also an object of the invention to provide, or at least reduce, the need to use gradient fields during signal measurement.

o 25 Keksinnön tavoitteet saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmäl-The objects of the invention are achieved by a method according to the independent claim 1.

Kj läjä patenttivaatimuksen 19 mukaisella laitteistolla, oo x Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että näytteeseen tuotetaan magnetisaation vaihe- ja/tai Q_ amplitudieroja jo näytteen polarisaation aikana. Niinpä polarisaatiota ei tavanomaisesta r5 30 poiketen pyritä saamaan toteutettua koko näytteen yli samalla tavalla (homogeenisesti) o jokaisella polarisaatiokerralla, vaan tarkoituksellisesti ja hallitusti tuotetaan näytteeseen C\1 erilaisia polarisaatiojakaumia, joista suurin osa on tyypillisesti epähomogeenisia. Keksinnön mukaan on nimittäin havaittu, että toistamalla mittaus käyttämällä erilaisia polarisaatiojakaumia, saadaan uutta, kuvanmuodostuksessa hyödynnettäväksi soveltuvaa tietoa 4 näytteestä. Toisin sanoen, kun polarisaatiokenttää muutellaan, kohteen alkupolarisaatio on mittauksen eri toistokerroilla erilainen. Kun eri kertojen väliset muutokset näytteen polarisaatiossa, eli nettomagnetisaation paikkariippuvuus tunnetaan, voidaan muodostaa kuva kohteesta.The invention is based on the idea that phase and / or Q_ amplitude differences of magnetization are produced in the sample already during the polarization of the sample. Thus, unlike conventional r5 30, polarization is not attempted to be performed over the entire sample in the same way (homogeneously) o at each polarization, but deliberately and controlledly produces different polarization distributions on sample C 1, most of which are typically inhomogeneous. Namely, according to the invention, it has been found that by repeating the measurement using different polarization distributions, 4 new samples are obtained which are suitable for use in imaging. In other words, when the polarization field is changed, the initial polarization of the object is different at different iterations of the measurement. When the variations in the polarization of a sample between different times, i.e. the position dependence of net magnetization, are known, an image of the object can be formed.

55

Keksintö saa siten aikaan kuvanmuodostusmenetelmän kohteen magneettiseksi kuvantami-seksi, jossa menetelmässä (a) tuotetaan kohteeseen mitattava magneettinen polarisaatio, (b) mitataan kohteen magnetisaatiota ainakin yhden vastaanottokelan tai -sensorin avulla, 10 ja (e) muodostetaan mittauksen perusteella ainakin yksiulotteinen kuva kohteesta. Keksinnön mukaan - vaiheet (a) ja (b) toistetaan useaan kertaan käyttämällä useita polarisoivia magneettikenttiä, joilla on oleellisesti eri paikkariippuvat profiilit kohteessa, ja 15 - kuva kohteesta muodostetaan mainittujen usean polarisoivan magneettikentän avulla polarisoidusta näytteestä suoritettujen mittausten perusteella.The invention thus provides an imaging method for magnetic imaging of a subject, the method comprising (a) generating a magnetic polarization to the target, (b) measuring the magnetization of the target by at least one receiving coil or sensor, and (e) generating at least one dimensional image of the object. According to the invention, - steps (a) and (b) are repeated several times using a plurality of polarizing magnetic fields having substantially different position-dependent profiles in the subject, and a 15 image of the object is formed based on said measurements of a polarized sample with multiple polarizing magnetic fields.

Keksinnön mukainen laitteisto kohteen magneettiseksi kuvantamiseksi, käsittää - välineet mitattavan magneettisen polarisaation tuottamiseksi kohteeseen, 20 - ainakin yhden sensorin tuotetun polarisaation mittaamiseksi kohteen ulkopuolelta, ja - välineet kohteen kuvan muodostamiseksi mittausten perusteella, jolloin välineet mitattavan polarisaation tuottamiseksi kohteeseen käsittävät välineet usean eri polarisaatioprofiilin tuottamiseksi kohteeseen.The apparatus for magnetic imaging of an object according to the invention comprises: - means for producing measurable magnetic polarization on the object, - means for measuring at least one sensor generated polarization outside the object, and - means for generating measurable polarization on the object;

5 255 25

CMCM

cm Välineet magnetisaation tuottamiseksi erilaisilla polarisaatioprofiileilla voivat käsittää esi- i oo merkiksi useita erimuotoisia keloja (jotka synnyttävät erimuotoisia magneettikenttiä), liikutel- x tavia tai muodoltaan muutettavia keloja, liikuteltavia kestomagneetteja tai erilaisia liikutelta-The means for producing magnetization with different polarization profiles may comprise, for example, a plurality of coils of various shapes (which generate different fields of magnetic fields), movable or deformable coils, movable permanent magnets, or various

CLCL

via magneettikenttään vaikuttavia osia (kuten metallilevyjä tms.). Kelojen liikuttaminen voi r5 30 tapahtua translaation ja/tai rotaation avulla. Toisaalta erilaisia polarisaatioprofiileita voidaan o saada aikaan myös käyttämällä ainakin yhtä epähomogeenista magneettikenttää ja liikuttamal-via magnetic fields (such as metal plates, etc.). The movement of the coils can be effected by translation and / or rotation. On the other hand, different polarization profiles can also be achieved by using at least one non-homogeneous magnetic field and

CMCM

la kohdetta tässä kentässä translaation ja/tai rotaation avulla. Myös tässä tapauksessa magneettikentän muoto kohteen alueella vaihtelee halutusti. Myös yllä kuvattujen tapojen yhdis 5 telmät ovat mahdollisia. Jos kohdetta liikutetaan, voidaan myös mittaussensoreita liikuttaa kohteen mukana, mutta tämä ei ole välttämätöntä.la in this field by translation and / or rotation. Also in this case, the shape of the magnetic field in the target area varies as desired. Combinations of the methods described above are also possible. If the object is moved, the measuring sensors can also be moved with the object, but this is not necessary.

Magnetisaation mittaus suoritetaan tyypillisesti mittauskentässä, jonka suunta poikkeaa, eli 5 sillä on kohtisuora komponentti polarisaatiokenttien suuntaan nähden. Kentät voivat olla myös oleellisesti kohtisuorat toisiinsa nähden. Toisaalta, myös yhdensuuntaisia kenttiä voidaan käyttää, jos magnetisaation suuntaa muutetaan polarisaation jälkeen RF-pulsseilla. Mit-tauskenttä on tyypillisesti oleellisesti homogeeninen kuvausalueella, erityisesti jos polarisaa-tiokoodausta yhdistetään Fourier-koodaukseen.The magnetization measurement is typically performed in a non-directional field of measurement, i.e., it has a perpendicular component relative to the direction of the polarization fields. The fields may also be substantially perpendicular to one another. On the other hand, parallel fields can also be used if the magnetization direction is changed after polarization by RF pulses. The measurement field is typically substantially homogeneous in the imaging region, especially if polarization coding is combined with Fourier coding.

1010

Kuvanmuodostuksessa tietoa mittauksessa käytettyjen polarisoivien magneettikenttien muodosta käytetään koodaamaan esimerkiksi yhtä kohteen dimensiota, eli vokselien intensiteet-tiarvojen laskemiseksi tässä dimensiossa. Leike-, vaihe- tai taajuuskoodausta voidaan käyttää koodaamaan ainakin yhtä toista kohteen dimensiota. On myös mahdollista koodata jotain 15 dimensiota sekä käyttäen erilaisia polarisaatiokenttiä että vaihe- tai taajuuskoodausta. Myös eri sensoreiden herkkyysprofiileja käytetään polarisaatiokoodauksen yhteydessä koodaamiseen.In image acquisition, information about the shape of the polarizing magnetic fields used in the measurement is used to encode, for example, one dimension of the object, i.e., to calculate voxel intensities in this dimension. Clip, phase, or frequency coding may be used to encode at least one other dimension of the object. It is also possible to encode any of the 15 dimensions both using different polarization fields as well as phase or frequency coding. Sensitivity profiles of different sensors are also used in polarization coding for coding.

Yhden sovellutusmuodon mukaan käytetään polarisoivia magneettikenttiä, jotka ovat kohteen 20 alueella ainakin pääosin ei-lineaarisesti muuttuvia. Tältäkin osin menetelmä siis eroaa olennaisesti perinteisestä vaihekoodauksesta, jossa käytetään lineaarista, mittauskentän ’’päälle” järjestettävää lineaarista gradienttikenttää.According to one embodiment, polarizing magnetic fields are used that are at least substantially non-linearly variable in the region of the object 20. In this respect, too, the method differs substantially from traditional phase coding, which uses a linear gradient field arranged over a measuring field.

Esipolarisoidussa matalakenttäkuvauksessa kullakin toistokerralla polarisaatiokenttä kytketään päälle ja edelleen pois päältä ennen mittauksen aloittamista mittauskentässä, joka on tyy-o 25 pillisesti homogeeninen näytteen alueella. Esipolarisoidussa matalakenttäkuvauksessa polari-In the pre-polarized low-field imaging, each repetition, the polarization field is turned on and off before the measurement begins in a measuring field that is typically homogeneous in the sample region. In pre-polarized low-field imaging, polar-

Kj saatiokentän voimakkuus on tyypillisesti alle 100 mT ja mittauskentän tyypillisesti alle 1 mT.The K i field strength is typically less than 100 mT and the measurement field is typically less than 1 mT.

oo x Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä oleva laitteisto käsittää välineet kohteen siirtämiseksi cc Q_ suhteessa polarisaatio- ja signaalinkeruuvälineistöön. Niinpä kohde voidaan polarisoida petard 30 risaatiovyöhykkeellä, joka sijaitsee toisaalla kuin signaalinkeruuvyöhyke. Joko kohde tai po- o larisaatio- ja signaalinkeruulaitteet voivat olla fyysisesti siirrettävissä tämän vaikutuksen ai- ^ kaansaamiseksi.According to one embodiment, the present apparatus comprises means for moving the object cc Q_ relative to the polarization and signal acquisition means. Thus, the target can be polarized with a petard 30 risk zone located at a location other than the signal acquisition zone. Either the target or the polarization and signal acquisition devices may be physically movable to achieve this effect.

66

Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan tietokoneohjelmatuote tai tallenne, joka sisältää ohjeet esillä olevan menetelmän suorittamiseksi magneettisella kuvantamislaitteel-la.It is also an object of the invention to provide a computer program product or recording which includes instructions for performing the present method on a magnetic imaging device.

5 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Polarisaatiokoodauksella saadaan nimittäin kohteesta informaatiota, joka ei muuten olisi saatavilla ilman mittauskenttään lisättäviä gradienttikenttiä tai RF-pulsseilla tapahtuvaa koodausta. Menetelmällä voidaan niin ollen sekä lyhentää kuvausaikoja että tuottaa lisäinformaatiota kuvauskohteesta. Erityisenä etuna, on että koska näytteen vaihtelevan polarisaation avulla voidaan koodata yhtä tai use-10 ampaa näytteen dimensiota, ei signaalinkeruun aikana tarvita näytteen yli vaikuttavia gradienttikenttiä yhtä runsaasti, kuin perinteisessä vaihe- ja taajuuskoodauksessa. Vaihtoehtoisesti tai tämän lisäksi voidaan säästää aikaa, koska ei tarvita ennen signaalinkeruuta hetkellisesti vaikuttavaa gradienttikenttää, kuten perinteisessä vaihekoodauksessa.The invention provides considerable advantages. Namely, polarization coding provides information on an object that would otherwise not be available without the addition of gradient fields or encoding by RF pulses in the measurement field. The method can thus both shorten the shooting times and provide additional information about the subject. A particular advantage is that since one or more sample dimensions can be encoded by varying polarization of the sample, the gradient fields over the sample are not required as much as in traditional phase and frequency coding during signal acquisition. Alternatively, or in addition, a time-effective gradient field prior to signal acquisition, as in traditional phase coding, is not required before the signal is collected.

15 Matalissa kentissä RF-pulsseilla koodaaminen on hankalaa, koska Larmor-taajuudet ovat pieniä, ja pulssien vaikutuksen kohdentaminen on vaikeaa. Polarisaatiokoodaus ratkaisee myös tämän ongelman. Menetelmä myös vähentää kohteen altistumista RF-kentille ja niiden vaikutuksille. RF-kenttien vaikutusta kohteesta mitataan mm. SAR-arvoilla (specific absorption rate), joiden säädetyt maksimit eivät saa eläviä kohteita kuvattaessa ylittyä.15 In low fields, encoding with RF pulses is difficult because of the low Larmor frequencies and the targeting of the pulse effect is difficult. Polarization coding also solves this problem. The method also reduces the subject's exposure to RF fields and their effects. The effect of RF fields on a subject is measured e.g. SARs (Specific Absorption Rate), the adjusted maximum of which must not be exceeded when shooting live subjects.

2020

Polarisaatiokoodauksella on mahdollista korvata tavanomainen signaalien keskiarvoistus, jolloin paitsi pienennetään kohinan vaikutusta, saadaan myös lisäinformaatiota. Polarisaa-tiokoodausmenetelmää voidaan soveltaa kaikkiin polarisaatioihin, kunhan niiden profiili on tiedossa. Menetelmä ei edellytä esimerkiksi lineaarisia tai homogeenisia polarisaatio-o 25 kenttiä, mikä helpottaa menetelmän käyttöä ja tekee siitä hyvin yleisen ja moneen tarko ιοί tukseen sopivan.By polarization coding, it is possible to replace conventional signal averaging, whereby not only the noise effect is reduced, but also additional information is obtained. The polarization coding method can be applied to all polarizations as long as their profile is known. For example, the method does not require linear or homogeneous polarization fields, which makes the method easier to use and makes it very general and well-suited for many purposes.

i oo x Polarisaatiokoodaus voidaan yhdistää muihin koodausmenetelmiin, kuten Fourier-i oo x Polarization coding can be combined with other coding methods such as Fourier

CLCL

koodaukseen, jolloin voidaan hyödyntää eri menetelmien parhaita puolia. On esimerkiksi 30 mahdollista koodata yksi dimensio Fourier-koodauksella ja toinen polarisaatio-o koodauksella. Menetelmä soveltuu MRI:n lisäksi myös magneettisten partikkeleiden (MP, CM ...encoding, so you can take advantage of the best of the various methods. For example, it is possible to encode one dimension with Fourier coding and another with polarization-o coding. The method is applicable not only to MRI but also to magnetic particles (MP, CM ...

engl. magnetic particle) paikantamiseen esimerkiksi MRX-menetelmällä (engl. magnetore-laxometry). Tällaisia partikkeleita voidaan käyttää merkkiaineina lääketieteessä.in english. magnetic particle) for example by magnetore-laxometry (MRX). Such particles can be used as markers in medicine.

77

Menetelmä soveltuu käytettäväksi yhden tai useamman vastaanottokaan kanssa. Esimerkiksi käyttämällä kahta erilaista polarisaatiokenttää ja yhtä vastaanottokelaa saadaan vastaavalla tavalla lisäinformaatiota kuin käyttämällä kahta vastaanottokelaa ja yhtä polarisaatiokenttää. ’’Keloiksi” laskemme myös esimerkiksi suprajohtavat magneettikenttäsensorit, 5 kuten SQUID:t ja suureen magnetoresistanssiin (GMR) perustuvat mixed-sensorit, atomi-magnetometrit, optiset magnetometrit ja vastaavat laitteet.The method is suitable for use with one or more reception vessels. For example, using two different polarization fields and one receiving coil provides similar information as using two receiving coils and one polarizing field. For example, we include "coils" as superconducting magnetic field sensors, such as SQUIDs, and high magnetoresistance (GMR) mixed sensors, atomic magnetometers, optical magnetometers, and the like.

Keksinnön etuna on että fyysisten vastaanottokelojen määrä voi olla fysikaalisesti rajoittunut niiden keskinäisen kytkeytymisen tai kuvausympäristön tilanpuutteen vuoksi. Tämä 10 ongelma ratkeaa keksinnön avulla, koska fyysisten kelojen määrää voidaan vähentää menettämättä informaatiota. Samalla saavutetaan myös kustannushyötyä.An advantage of the invention is that the number of physical receiving coils may be physically limited due to their interconnection or lack of space in the imaging environment. This problem is solved by the invention because the number of physical coils can be reduced without losing information. At the same time, there is also a cost benefit.

Vaihe- tai taajuuskoodausta varten tarvittavat gradienttikelat täytyy toteuttaa hyvin tarkasti, koska gradienttien tulee olla lineaarisia. Keksinnön etuna on, että erilaisten polarisaatioke-15 lojen, tai muun vaihtelevan polarisaation aikaansaavan välineistön, toteutuksella ei ole niin suuria vaatimuksia, kunhan magneettikenttien muoto tunnetaan (kenttien muoto voidaan esimerkiksi mitata välineistön valmistuksen jälkeen). Lisäksi voidaan välttää tarve gra-dienttikenttiä kontrolloiville virtalähteille ja esimerkiksi eri polarisaatiokeloja voidaan ajaa yhteisellä virtalähteellä. Lisäksi polarisaatio-ja mittauskenttien kontrollointi on yleisesti 20 helpompaa kuin nopeasti vaihtelevien gradienttikenttien tai RF-pulssien.The gradient coils required for phase or frequency coding must be implemented very precisely, since the gradients must be linear. An advantage of the invention is that the implementation of various polarization paths, or other equipment providing variable polarization, is not as demanding as long as the shape of the magnetic fields is known (for example, the shape of the fields can be measured after the manufacture of the equipment). Furthermore, the need for power supplies controlling gradient fields can be avoided and, for example, different polarization coils can be driven by a common power supply. In addition, polarization and measurement fields are generally easier to control than rapidly varying gradient fields or RF pulses.

Koska polarisaatiokoodauksella saadaan lisäinformaatiota käyttämättä mittauksen aikaisia gradienttikenttiä, menetelmä on mahdollista yhdistää tavanomaista helpommin passiiviseen magneettikenttien havainnointiin, kuten magnetoenkefalografiaan (MEG) tai magnetokar-o 25 diografiaan (MKG), jota siis voidaan suorittaa yhtäaikaisesti magneettikuvauksen signaa- fy linkeruun aikana. Tällöin voidaan esimerkiksi koodata magneettikuvaussignaalien paikat oo ennen varsinaista signaalinkeruuta siten, että yhtäaikainen MEG-mittaus ja magnetisaa- x tiosignaalien keruu on mahdollista. Tällöin säästetään huomattavasti aikaresursseja ja mahdollistetaan aivan uudentyyppisten mittausten suorittaminen esimerkiksi aivotutkimuk-30 sessa, verrattuna ajallisesti peräkkäin suoritettaviin mittauksiin. Menetelmää voidaan so-o veltaa myös funktionaaliseen magneettikuvaukseen (fMRI).Because polarization coding provides additional information without using gradient fields during measurement, it is easier to combine the method with passive detection of magnetic fields, such as magnetoencephalography (MEG) or magnetocar-o-biography (MKG), which can thus be performed simultaneously with magnetic imaging signaling. Here, for example, the positions o0 of the MRI signals can be coded before the actual signal acquisition, so that simultaneous MEG measurement and acquisition of the magnetization signals are possible. This saves considerable time resources and enables completely new types of measurements, for example in brain research, to be performed over time. The method can also be applied to functional magnetic resonance imaging (fMRI).

CMCM

MRX:ssä ei ole vielä löytynyt pätevää ja vakiintunutta tapaa relaksaatio signaalien koodaamiseksi. Tyypillisesti partikkelijakaumaa on tutkittu joko usean sensorin avulla tai yhtä 8 sensoria liikuttelemalla. Kirjallisuudessa esitettyä MPI-menetelmää (magnetic particle imaging) (B. Gleich, J. Weizenecker, Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles, Nature 435:1214-1217, 2005) ei olla onnistuttu toteuttamaan käytännön kannalta merkityksellisissä kohdetilavuuksissa. Esillä oleva polarisaatiokoodaus-5 menetelmä mahdollistaa lisäinformaation saamisen kohteen magneettisten partikkelien jakaumasta ja niiden ominaisuuksista. Esimerkiksi jäljempänä esiteltävän virtuaalisten sen-soreiden käsitteen avulla uutta informaatiota voidaan hyödyntää erittäin helposti, samalla tavalla kuin tavallisesti käsitellään fysikaalisten sensoreiden signaaleja. Käyttämällä erilaisia polarisaatiokenttiä lukumäärältään ja sijoittelultaan rajoitetun fyysisten sensoreiden 10 joukon tukena kohteen partikkelijakauma ja partikkelien ominaisuudet saadaan selville totuttua tarkemmin ja helpommin.MRX has not yet found a valid and well-established way of coding relaxation signals. Typically, particle distribution has been studied either by multiple sensors or by moving one of the 8 sensors. The MPI (Magnetic Particle Imaging) method (B. Gleich, J. Weizenecker, Tomographic Imaging Using Nonlinear Response of Magnetic Particles, Nature 435: 1214-1217, 2005) has not been successfully implemented in practically relevant target volumes. The present polarization coding-5 method allows obtaining additional information about the distribution of the magnetic particles of a target and their properties. For example, with the concept of virtual sensors presented below, new information can be utilized very easily, in the same way that signals from physical sensors are usually processed. By using different polarization fields in support of a limited number and location of physical sensors 10, the object particle distribution and particle properties are more accurately and easily determined.

Tässä dokumentissa termiä ’’magneettinen kuvantaminen” käytetään tarkoittamaan aineen sisältämien partikkelien magneettisten ominaisuuksien mittaamista ja kuvan muodostamista 15 mittausten perusteella. Partikkelit voivat olla atomiytimiä, kuten perinteisessä MRI:ssä tai magneettisia nanopartikkeleita, kuten MRX:ssä, tai elektroneja, kuten EPR-kuvauksessa (electron paramagnetic resonance imaging).Throughout this document, the term "magnetic resonance imaging" is used to refer to the measurement of the magnetic properties of particles in a substance and the formation of an image based on measurements. The particles may be atomic nuclei, such as in conventional MRI, or magnetic nanoparticles, such as in MRX, or electrons, as in EPR (Electron paramagnetic resonance imaging).

’’Polarisoiva magneettikenttä” (tai ’’polarisaatiokenttä”) tarkoittaa magneettikenttää, joka siir-20 tää kohteen epäjärjestäytyneestä magneettisesta tilasta (nettomagnetisaatio oleellisesti nolla) tai pienemmän magnetisaation tilasta (esimerkiksi silloin, jos magnetisaatio ei ehdi täysin kadota ennen uuden polarisaatiopulssin antamista) tilaan, jossa mitattavat partikkelit kohteessa ainakin osin järjestäytyvät magneettisesti (nettomagnetisaatio on oleellisesti nollasta poikkeava, eli riittävän suuri mitattavaksi). Polarisoivien magneettikenttien profiilien erilaisuudel-o 25 la tarkoitetaan pääasiassa, että kaikkien käytettävien kenttien vaihe- ja/tai amplitudijakauma ei cm ole yksinkertaisesti vakiolla skaalaamalla johdettavissa toisistaan. Niinpä tyypillisesti ainakin oo suurimmalla osalla käytettävistä kentistä on epähomogeeninen jakauma kohteen alueella. On x kuitenkin huomattava, että käytettävien polarisaatiokenttien joukossa voi olla myös muutama homogeeninen magneettikenttä, esimerkiksi kaksi homogeenista kenttää toisiaan vasten koh-r5 30 tisuorassa, tai vain yksi homogeeninen kenttä. Jakaumien muodot tunnetaan laskennallisesti o tai kokeiden tai simulaatioiden kautta, oA "polarizing magnetic field" (or "polarization field") is a magnetic field that shifts an object from a disordered magnetic state (net magnetization substantially zero) or from a state of lesser magnetization (e.g., when magnetization does not completely disappear before a new polarization state is applied). wherein the particles to be measured are at least partially magnetically ordered in the subject (net magnetization is substantially non-zero, i.e. large enough to be measured). The difference in the profiles of the polarizing magnetic fields is essentially that the phase and / or amplitude distribution cm of all the fields used is simply not constant by scaling. Thus, typically at least oo most of the fields used have an inhomogeneous distribution within the target region. It should be noted, however, that among the polarization fields used, there may also be a few homogeneous magnetic fields, for example two homogeneous fields facing each other in a vertical direction, or only one homogeneous field. The forms of the distributions are known computationally o or through experiments or simulations, o

CMCM

’’Polarisaatiokoodaus” tarkoittaa sellaista kuvaussekvenssin ja kuvanmuodostustekniikan yhdistelmää, joka hyödyntää kuvanmuodostuksessa erilaisia polarisoivia magneettikenttiä.'' Polarization coding '' means a combination of an imaging sequence and imaging technology that utilizes various polarizing magnetic fields to form an image.

9 ’’Kuvaussekvenssi” tarkoittaa ajallisesti peräjälkeen suoritettuja toimenpiteitä, joiden tuloksena kohde polarisoituu ja signaalia kerätään hallitusti riittävän monta kertaa siten, että signaalien perusteella on mahdollista muodostaa ainakin yksidimensionaalinen kuva kohteesta. Sek-5 venssi voi sisältää myös vaiheita esimerkiksi leike-, vaihe-, taajuus- tai RF-koodauksen suorittamiseksi esimerkiksi kaksi- tai kolmidimensionaalista kuvausta varten ja polarisaatio-ja mit-tauskenttien ohjauksen esimerkiksi esipolarisoidun MRI:n toteuttamiseksi, kuten edellä on kuvattu.9 '' Imaging sequence 'means operations performed sequentially in time which result in polarization of the target and controlled acquisition of the signal in a sufficient number of times so that at least one-dimensional image of the target can be generated from the signals. The sequence may also include steps for performing, for example, slice, phase, frequency, or RF coding, for example, for two- or three-dimensional imaging, and controlling polarization and measurement fields, for example, to perform pre-polarized MRI, as described above.

10 Polarisaatiokentät ja mittauskenttä ovat esipolarisoidussa magneettikuvauksessa tyypillisesti ajallisesti lyhytaikaisia vakiokenttiä, joilla on merkittävästi toisiaan vastaan kohtisuorat komponentit näytteen alueella. Toisaalta mittauskenttä voi olla myös jatkuvasti päällä. Signaalin keräämiseen käytettäviä kelat tai sensorit on puolestaan tyypillisesti sovitettu mitattavien partikkelien resonanssitaajuudelle (Larmor-taajuus), joka tyypillisesti osuu RF-alueelle (pl. hyvin 15 matalat kentät).10 The polarization fields and the measurement field are typically short-term, constant time fields in pre-polarized MRI that have substantially perpendicular components in the sample region. On the other hand, the measuring field may also be continuously on. The coils or sensors used for signal acquisition, in turn, are typically adapted to the resonance frequency (Larmor frequency) of the particles being measured, which typically falls within the RF range (except for very low fields).

Keksinnön edullisia sovellutusmuotoja ja muita keksinnön etuja käy ilmi seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, jossa viitataan oheisiin piirustuksiin.Preferred embodiments of the invention and other advantages of the invention will be apparent from the following detailed description, with reference to the accompanying drawings.

20 Kuvio IA esittää vuokaaviona esillä olevan menetelmän kulun yhden sovellutusmuodon mukaan.Figure IA is a flowchart illustrating the flow of the present method according to one embodiment.

Kuvio IB esittää vuokaaviona esillä olevan menetelmän kulun yhden sovellutusmuodon mukaan (yhdistelmäkoodaus).Figure IB is a flowchart illustrating the flow of the present method according to one embodiment (composite coding).

Kuvio 2 esittää esimerkinomaisen kuvausjärjcstclyn periaatekuvan, o 25 Kuvio 3 havainnollistaa kuvaajana esillä olevan menetelmän virhettä erilaisilla polarisaatio- eli kentillä, o i oo Kuvio 4 esittää fantomin vokseliarvot ja simuloidut vokseliarvot käyttämällä erilaisia polari- x saatiokenttiä.Figure 2 illustrates an exemplary principle of an imaging sequence, Figure 25 illustrates as a graph an error in the present method with different polarization fields, Figure 4 shows phantom voxel values and simulated voxel values using different polarization fields.

Χ Q_Χ Q_

Kuvio 5 havainnollistaa erilaisten polarisaatiokenttäkonfiguraatioiden vaikutusta mittaustark-r2 30 kuuteen.Figure 5 illustrates the effect of various polarization field configurations on the measurement precision r2 30.

LOLO

oo o ooo o o

CMCM

Kuten edellä on esitetty, esillä olevassa menetelmässä kohde polarisoidaan perinteisestä homogeenisesta ensivaiheen polarisaatiosta poiketen useaan kertaan pääosin epähomogeenisilla magneettikentillä. Edullisimmin polarisaatiokenttä kytketään kuvaussekvenssin kunkin kier- 10 roksen aluksi hetkellisesti päälle magnetisaation tuottamiseksi kohteeseen, kuten esipolarisoi-dussa magneettikuvauksessa on yleisesti tapana. Polarisaatiokenttä on siis kytketty pois sig-naalinkeruun aikana. Mittauskenttä voi olla kytkettynä näytteen yli joko koko ajan tai se voidaan kytkeä päälle esimerkiksi polarisaatiokentän poiskytkemisen jälkeen ennen signaalinke-5 ruun aloittamista.As discussed above, in the present method, unlike traditional homogeneous first-order polarization, the target is repeatedly polarized mainly by inhomogeneous magnetic fields. Most preferably, the polarization field is initially switched on at the beginning of each round of the imaging sequence to produce magnetization to the target, as is generally the case in pre-polarized MRI. The polarization field is thus switched off during signal acquisition. The measuring field may be connected over the sample either continuously or it may be switched on, for example, after switching off the polarization field before starting the signal generator.

Kuviossa IA havainnollistetaan yhtä keksinnön sovellutusmuotoa. Kuvauksen aloittamisen (vaihe 10) j älkeen kohde magnetoidaan paikasta tunnetusti riippuvassa polarisaatiokentässä (vaihe 11). Kun polarisaatiokenttä on kytketty pois, mittauskenttä kytketään päälle (vaihe 12) 10 (tarvittaessa mittauskenttä voi olla päällä myös jatkuvasti). Mittauskenttä on edullisesti ho mogeeninen, mutta se voi olla myös epähomogeeninen. Näytteen mittauskentässä tuottamat prekessiosignaalit mitataan käyttäen sensoreita, kuten ylempänä on selostettu (vaihe 13). Signaalien mittausaikana mittauskenttään voidaan tarvittaessa lisätä erilaisia gradienttikenttiä. Kun signaali on kerätty, mittauskenttä kytketään pois (vaihe 14). Tätä toistetaan vaihtelemalla 15 polarisaatiokentän profiilia kunnes kohteesta on saatu tarpeeksi informaatiota (valinta 15).Figure 1A illustrates one embodiment of the invention. After the imaging is started (step 10), the object is magnetized in a location-dependent polarization field (step 11). When the polarization field is switched off, the measuring field is turned on (step 12) 10 (if necessary, the measuring field can also be continuously on). The measuring field is preferably homogeneous, but may also be inhomogeneous. The precession signals produced by the sample in the measurement field are measured using sensors as described above (step 13). During the signal measurement time, different gradient fields can be added to the measurement field as needed. When the signal is collected, the measurement field is turned off (step 14). This is repeated by alternating the profiles of the 15 polarization fields until enough information is obtained about the subject (choice 15).

Kulloinkin tarpeellinen määrä informaatiota, eli toistokertojen määrä K, riippuu aina siitä, käytetäänkö muita koodausmenetelmiä kuin polarisaatiokoodausta, monessako dimensiossa kohdetta kuvataan ja mikä on haluttu vokseleiden määrä kussakin dimensiossa. Koska jokaisella toistokerralla käytetään eri polarisaatioprofiileita, näyte magnetoituu kulloinkin eri ta-20 voin. Kun eri kertojen väliset muutokset näytteen polarisaatiossa (magnetisaatiossa) tunnetaan, voidaan käyttää myöhemmin kuvattavaa matematiikkaa luomaan virtuaalisia sensoreita. Lopulta kohteesta tuotetaan kuva tunnetun polarisaatiokenttäinformaation avulla (vaihe 16).The amount of information required each time, i.e. the number of iterations K, will always depend on whether coding methods other than polarization coding are used, in how many dimensions the object is represented, and on the desired number of voxels in each dimension. Because different polarization profiles are used with each repeat, the sample is magnetized at different times. Once the variations in the polarization (magnetization) of the sample are known, the mathematics described below can be used to create virtual sensors. Finally, an image is produced from the object using known polarization field information (step 16).

Luonnollisesti samalla polarisaatiokentällä voidaan polarisoida myös useaan kertaan signaa-o 25 lien keskiarvoistamiseksi ja siten signaali-kohinasuhteen parantamiseksi tai jos esimerkiksi c\j vaihe- ja taajuuskoodausta varten tarvitaan samaa polarisaatiota useampaan kertaan.Of course, the same polarization field can also be polarized several times to average the signals and thus improve the signal-to-noise ratio, or if, for example, the same polarization is required for phase and frequency coding, for example.

i oo x Kuvanmuodostuksessa voidaan hyödyntää virtuaalisia sensoreita, kuten myöhemmin tar-i oo x Virtual sensors can be utilized in image acquisition, as

CLCL

kemmin kuvataan. Toisaalta, jos polarisaatiokentät (esim. yhdessä dimensiossa) ovat jostain r5 30 funktiokannasta, esimerkiksi aallokkeita (wavelet), kuva voidaan muodostaa helposti kään- o teismuunnoksella. Vastaavaa tekniikkaa on perinteisesti käytetty esim. RF-koodauksessa, c\i jossa magnetisaatioprofiilit muodostetaan RF-pulsseja muokkaamalla. Esim. J. B. Weaver, Y. Xu, D. M. Healy, J. R. Driscoll, Wavelet-encoded MR imaging, Magnetic Resonance in 11is described. On the other hand, if the polarization fields (e.g., in one dimension) are from a function set of r5, for example, wavelets, the image can easily be formed by inversion. A similar technique has traditionally been used, e.g., in RF coding, in which magnetization profiles are formed by modifying RF pulses. Ex. J. B. Weaver, Y. Xu, D. M. Healy, J. R. Driscoll, Wavelet-Encoded MR Imaging, Magnetic Resonance in 11

Medicine 24:275-287, 1992. Yhden sovellutusmuodon mukaan polarisaatiokentät muotoillaan Fourier-kannan mukaan.Medicine 24: 275-287, 1992. According to one embodiment, the polarization fields are shaped according to the Fourier strain.

Kuviossa IB havainnollistetaan sovellutusmuotoa, jossa yhdistetään polarisaatiokoodausta 5 perinteiseen Fourier-koodaukseen. Polarisointivaihe 21 tapahtuu kuten yllä on kuvattu, mutta tässä menetelmässä kohteen yhtä dimensiota koodataan vaihegradientin avulla (vaihe 23) ja yhtä dimensiota taajuuskoodauksen avulla (vaiheet 24 - 26). Sekvenssiä toistetaan, kunnes sekä haluttu määrä vokseleita vaihekoodaussuunnassa (päätös 28) sekä polarisaatiokoodaus-suunnassa (päätös 29) on saavutettu. Kuva muodostetaan (vaihe 30) yhdistämällä myöhem-10 min tarkemmin esitettävää matematiikkaa ja perinteistä Fourier-koodausmatematiikkaa.Figure IB illustrates an embodiment combining polarization coding 5 with conventional Fourier coding. The polarization step 21 occurs as described above, but in this method, one dimension of the object is coded by a phase gradient (step 23) and one dimension by frequency coding (steps 24-26). The sequence is repeated until both the desired number of voxels in the phase coding direction (decision 28) and the polarization coding direction (decision 29) are reached. The image is formed (step 30) by combining the mathematics shown in more detail in the subsequent 10 mins with traditional Fourier coding mathematics.

Yhden polarisaation jälkeen voidaan toki myös käyttää useampia signaalikaikuja RF-pulssien tai useamman vaihe- ja taajuuskoodausgradientin avulla, kuten perinteiset kuvanmuodostus-tekniikat tunteva alan ammattimies ymmärtää.Of course, after a single polarization, multiple signal echoes can also be used with RF pulses or with multiple phase and frequency coding gradients, as will be understood by one of ordinary skill in the art in conventional imaging techniques.

1515

Erilaisia polarisaatiokenttiä, eli kohteen alueella eri toistokerroilla vaihtelevia polarisaatiopro-fiileita, voidaan tuottaa monin eri tavoin. Voidaan esimerkiksi käyttää erilaisia resistiivisiä polarisaatiokeloja, joista kullakin oma virtalähde tai yhteinen virtalähde, joka voidaan kytkeä eri polarisaatiokerroilla eri keloihin tai niiden yhdistelmiin. Voidaan myös esimerkiksi käyttää 20 suprajohtavaa polarisaatiokenttää, jonka päälle kytketään eri polarisaatiokerroilla erilaisia lisäkenttiä. Vastaavasti voidaan tuottaa kestomagneeteilla polarisaatiokenttä, jonka päälle lisätään erilaisia polarisaatiokenttiä. Voidaan myös käyttää liikuteltavia tai muotoiltavia magneettikentän tuottovälineitä, kuten polarisaatiokeloja tai kestomagneetteja. On myös esimerkiksi mahdollista eri polarisaatiokerroilla hallitusti tuoda kuvauskohteen lähelle magneetti-o 25 kenttään vaikuttavia objekteja, kuten metallilevyjä, jotka muuttavat polarisaatiokentän muotoa c\i eri polarisaatiokerroilla eri tavoin.Various polarization fields, i.e., polarization profiles that vary at different times in the target region, can be produced in many different ways. For example, different resistive polarization coils can be used, each with its own power supply or a common power supply, which can be connected at different polarization times to different coils or combinations thereof. It is also possible, for example, to use 20 superconducting polarization fields, which are switched on at different polarization times by various additional fields. Correspondingly, a permanent magnet can produce a polarization field to which various polarization fields are added. Mobile or deformable magnetic field generation means, such as polarization coils or permanent magnets, can also be used. For example, it is also possible, for example, to bring objects, such as metal disks, which influence the magnetic field 25 in a controlled manner at different polarization angles in different ways by varying polarization angles.

i oo x Yhden sovellutusmuodon mukaan itse polarisaatiokenttä tuotetaan sinänsä vakiomuotoisenai oo x According to one embodiment, the polarization field itself is produced as a standard

CLCL

epähomogeenisena kenttänä, mutta kohdetta liikutetaan eri polarisaatiokertojen välillä pyöritti 30 tämällä ja/tai yhden tai useamman koordinaattiakselin suuntaisesti siirtämällä. Myös näin sa- o -voitetaan se haluttu tilanne, jossa kohteeseen muodostuu kentillä useita kenttiä, joilla on oleel- c\j lisesti erilaiset paikkariippuvat profiilit. Kohde voi siten olla asetettu pitimeen, joka on liikutettavissa. Myös mittauskelat voivat liikkua pitimen liikkeen mukana, jolloin niiden suhteellinen asema kohteeseen nähden säilyy.as an inhomogeneous field, but the object is moved between different polarization cycles by rotating 30 and / or moving along one or more coordinate axes. Here too, the desired situation is achieved where multiple fields with substantially different location-dependent profiles are formed on the object by fields. The object may thus be placed in a holder which is movable. Also, the measuring coils may move with the movement of the holder, thereby maintaining their relative position with respect to the target.

1212

Kuviossa 2 esitetään periaatekuva (ei mittakaavassa) kuvausj ärjestelystä, jolla esillä olevaa menetelmää voidaan toteuttaa. Kuvausaluetta, jolla kuvattava kohde voidaan sijoittaa, merkitään viitenumerolla 43. Kuvausalueen ympärille on sijoiteltu useita (tässä tapauksessa kah-5 deksan) polarisaatiokeloja 40. Tässä esimerkissä polarisaatiokelat 40 on sijoiteltu symmetrisesti ja oleellisesti tasavälisesti kuvausalueen 43 ympärille. Kukin polarisaatiokela 40 on kytketty virtalähteeseen (ei näytetty) ja niiden virtoja voidaan kontrolloida toisistaan riippumattomasti. Erilaisia polarisaatioprofiileja voidaan tuottaa erilaisin kelayhdistelmin. Kelayhdis-telmiä ja keloissa kulkevia virtoja voidaan kontrolloida esim. tietokoneavusteisesti tai käsi-10 käyttöisesti. Polarisaatiokeloja on tyypillisesti vähintään neljä kappaletta.Figure 2 is a plan view (not to scale) of a description system by which the present method may be implemented. The imaging area in which the object to be imaged can be located is denoted by reference numeral 43. A plurality of polarization coils 40 (in this case, 5 to 5 decks) are disposed around the imaging area. Each polarization coil 40 is connected to a power source (not shown) and their currents can be independently controlled. Different polarization profiles can be produced by various combinations of coils. The coil combinations and the currents passing through the coils can be controlled, for example, by computer-assisted or manual-10 operation. Typically, there are at least four polarization coils.

Kuvausalueen läheisyyteen on sijoitettu myös mittaussensoreita 41. Tässä esimerkissä mitta-ussensorit 41 on sijoitettu symmetrisesti ja oleellisesti tasavälisesti kuvausalueen 43 ympärille. Kukin mittaussensori 41 on yhdistetty mittauselektroniikkaan (ei näytetty). Mittaussenso-15 reillä 41 ja elektroniikalla hoidetaan mm. signaalien keruu ja signaalien muuttaminen digitaalisiksi, valinnaisesti signaaleja suodattaen. Aina mittaussensorien tyypistä riippuen elektroniikalla voidaan tarvittaessa myös kytkeä sensoreita pois päältä esim. sensoriin kohdistuvan po-larisaatiokentän vaikutuksen ajaksi.Also in the vicinity of the imaging area are measuring sensors 41. In this example, the measuring sensors 41 are arranged symmetrically and substantially equally around the imaging area 43. Each measuring sensor 41 is connected to the measuring electronics (not shown). Measurement sensor-15 on slots 41 and electronics is treated e.g. signal acquisition and conversion of signals to digital, optionally filtering the signals. Depending on the type of measuring sensor, the electronics can also be used to switch off the sensors, for example, during the effect of a polarization field on the sensor, for example.

20 Viitenumerolla 42 merkitään keloja mittauskentän tuottamiseksi. Tässä esimerkissä mittaus-kenttä tuotetaan kuvausalueen 43 ympärille jäljestetyn Helmholtz-kelaparin avulla. Mittaus-kelojen virtaa kontrolloidaan edullisesti omalla virtalähteellä (ei näytetty), jota voidaan ohjata tietokoneavusteisesti tai käsikäyttöisesti.Reference numeral 42 denotes coils for producing a measurement field. In this example, the measurement field is generated by a tracked Helmholtz coil pair around the imaging area 43. The current of the measuring coils is preferably controlled by its own power supply (not shown), which can be controlled by computer or manually.

o 25 Laitteisto käsittää tyypillisesti keskustietokoneen tai useita tietokoneita, jo(i)lla ohjataan lait- rij teistoa ennaltamäärätyn kuvaussekvenssin toteuttamiseksi, tallennetaan vastaanottokelojen oo keräämiä signaalej aja käsitellään signaalej a kuvan tuottamiseksi kohteesta.The apparatus typically comprises a central computer or a plurality of computers controlling the hardware for implementing a predetermined imaging sequence, storing the signals collected by the receiving coils, and processing the signals to produce an image of the subject.

XX

enI do not

CLCL

Kuvion 2 mukainen laitteistojäqestely soveltuu käytettäväksi myös MRX:ssä. Tällöin mittari 30 uskenttäkelat 42 voidaan kuitenkin jättää laitteistosta pois tai käyttämättä.The hardware debugging of Figure 2 is also applicable to MRX. However, in this case, the confidence coils 42 of the meter 30 may be omitted or unused.

oo o o c\ioo o o c \ i

Yhden muunnelman mukaan kuvausalueen 43 ympärille on jäijestetty kela/kelat, (ns. pääpo-larisaatiokela(t)) jotka tuottavat aina samanmuotoisen polarisaatiokentän koko kuvausalueelle 43 (samaan tapaan kuin mittauskenttäkelat 42 tuottavat mittauskentän) ja polarisaatiokeloja 13 40 käytetään ainoastaan tämän polarisaatiokentän muodon muuntelemiseksi kuvaussekvens-sin eri toistokerroilla.According to one variation, the imaging area 43 has a stiffened coil (s) (the so-called main polarization coil (s)) which always produce a uniform polarization field over the entire imaging area 43 (similar to the measurement field coils 42 -in different iterations.

Polarisaatiokelat ja mittaussensorit voidaan sijoitella hyvin vapaasti kuvausalueen läheisyy-5 teen ja ne voivat myös olla keskenään erikokoisia. Niiden ei siis välttämättä tarvitse sijaita symmetrisesti, kunhan kohteen alueelle on tuotettavissa useita toisistaan oleellisesti poikkeavia polarisaatiokenttäprofiileita ja kohteen alue on havainnoitavissa ainakin yhden sensorin avulla. Vaikka tässä havainnollistetaan tarkemmin vain usean kelan avulla tuotettuja pola-risaatioprofiileita, sama periaate koskee myös muita yllä lueteltuja tapoja tuottaa polarisaatio-10 kenttiä.The polarization coils and the measuring sensors can be placed very freely in the vicinity of the imaging area and can also be of different sizes. Thus, they need not necessarily be symmetrical as long as a plurality of substantially different polarization field profiles can be produced on the target region and the target region can be detected by at least one sensor. Although this illustrates in more detail only the polarization profiles produced by multiple coils, the same principle applies to the other ways of generating polarization-10 fields listed above.

Yhden sovellutusmuodon mukaan ainakin osa polarisaatiokentistä on paikallisia, eli sellaisia, että ainakin osa kohteesta (tai sen kuvattavasta alasta) jää oleellisesti magnetoitumatta. Paikallisia polarisaatiokenttiä voidaan tuottaa esimerkiksi pienillä keloilla. Tarvittaessa 15 tällaisen polarisaatiokelan lähistölle voidaan asettaa esimerkiksi toinen vastaava kela toisessa asennossa. Tällöin kaukana magneettikenttä saadaan pienenemään nopeasti. Paikallisten polarisaatiokenttien etu on myös se, että magneettikentän tuottamiseen tarvittava energia on pienempi kuin esimerkiksi koko kohteen kattavan polarisaatiokentän tapauksessa, sen paikallisen vaikutuksen ollessa kuitenkin yhtä suuri. Saatua etua voidaan käyttää 20 esimerkiksi joko voimistamaan polarisaatiokenttää paikallisesti, jolloin saadaan mittaus-vaiheessa suurempi signaali, tai pienentämään esimerkiksi virtalähteiden vaatimuksia, jolloin kuvauksesta voidaan suoriutua esimerkiksi pienemmin ja halvemmin laitteistoin.According to one embodiment, at least some of the polarization fields are local, i.e., such that at least a portion of the object (or its imaging region) is substantially un magnetized. For example, local polarization fields can be generated by small coils. If necessary, for example, another corresponding coil in the second position may be placed in the vicinity of such a polarization coil. This will cause the magnetic field to decrease rapidly, far away. It is also an advantage of local polarization fields that the energy required to produce a magnetic field is lower than, for example, in the case of a polarization field which covers the whole object, but with the same local effect. The advantage obtained can be used, for example, to either amplify the polarization field locally to obtain a larger signal in the measurement step, or to reduce the requirements of, for example, power supplies, so that imaging can be accomplished, for example, with smaller and cheaper equipment.

On myös mahdollista polarisoida näyte toisaalla ja siirtää se mittausympäristöön, tai siirtää ^ 25 polarisaatio- ja mittauslaitteita ja pitää kohdetta paikallaan (tai siirtää molempia jonkin ver- ^ ran). Kaikki kohteen tai mittalaitteiston ohjaus ja mahdollinen siirtely voidaan tehdä joko tie- ^ tokoneohjatusti tai ilman tietokonetta.It is also possible to polarize the sample elsewhere and transfer it to the measurement environment, or to move the polarization and measurement devices and hold the object in place (or to move both). All control and possible transfer of the object or measuring equipment can be done either computer-controlled or without a computer.

XX

Signaalit voidaan kerätä yhdellä tai useammalla millä tahansa tunnetulla magneettikenttää tai ra 3° sen muutosta mittaavilla laitteilla, kuten keloilla, SQUID:eillä, erityisesti GMR:ään, eli suura reen magnetoresistanssiin, perustuvilla mixed-sensoreilla, atomimagnetometreilla tai optisilla oj magnetometreillä.Signals can be collected by any one or more of known devices for measuring magnetic field or ra 3 ° change, such as coils, SQUIDs, particularly GMR, i.e. high-slip magneto-resistors, mixed-magnetometers, or optical oj magnetometers.

1414

Mittauksen kokonaiskestoa voidaan lyhentää sovellutusmuodon avulla, jossa polarisointia ja mittausta (signaalinkeruu) suoritetaan kohteessa ainakin osittain samanaikaisesti, kuitenkin tämän eri osissa. Tämä on mahdollista toteuttaa siten, että tuotetaan yhtäaikaisesti toisaalla kohteessa riittävän voimakas polarisaatiokenttä ja toisaalla mittauskentäksi sopi-5 va, esimerkiksi amplitudiltaan pienempi ja muodoltaan olennaisesti homogeeninen, magneettikenttä. Tällaisia järjestelyjä voidaan toteuttaa useampia. Kun erilaisia kenttämuodos-telmia käytetään vuorotellen, voidaan kohdetta polarisoida sen toisissa osissa ja toisaalta mitata edellisen (tai sitä edeltävien) polarisaation relaksaatiota kohteen toisissa osissa.The total measurement duration can be shortened by an embodiment in which polarization and measurement (signal acquisition) are performed at least partially simultaneously, but in different parts of the object. This can be accomplished by simultaneously generating a sufficiently strong polarization field at one site and a magnetic field suitable for a measurement field, for example of smaller amplitude and substantially homogeneous in shape. There may be more than one such arrangement. When different field form methods are used alternately, the object can be polarized in other parts of it and, on the other hand, the relaxation of the previous (or preceding) polarization in other parts of the object can be measured.

Näin on mahdollista lyhentää kuvausaikoja esipolarisoidussa magneettikuvauksessa huo-10 mattavasti, koska voidaan sekä polarisoida että mitata samanaikaisesti eikä ole tarvetta odottaa polarisaatiovaiheen loppumista ennen mittaustapahtuman aloittamista. Mittausalueella voidaan toteuttaa magneettikuvaksessa yleisesti käytössä olevia keinoja kohteen signaalien koodaamiseksi, esimerkiksi erilaisten gradienttikenttien avulla.In this way, it is possible to significantly reduce the imaging times in the pre-polarized MRI, since both polarization and measurement can be performed simultaneously and there is no need to wait for the polarization phase to end before the measurement event is started. Means commonly used in magnetic imaging to encode target signals can be implemented in the measuring range, for example by means of various gradient fields.

15 Toisaalta yhtäaikainen polarisaatio ja signaalinkeruu on mahdollista myös esimerkiksi silloin, jos yhdellä toistokerralla käytettävä polarisaatiokenttä on riittävän homogeeninen toimimaan jonkin edellisen toistokerran mittauskenttänä.On the other hand, simultaneous polarization and signal acquisition is also possible, for example, if the polarization field used in one repetition is sufficiently homogeneous to serve as a measurement field of one of the previous repetitions.

Yhtäaikaista polarisaatiota ja mittausta voidaan käyttää myös esimerkiksi MEG- tai MKG-20 mittausten suorittamiseen MK:n polarisaation aikana. Kun esimerkiksi pään toisia osia polarisoidaan, voidaan sen toisista osista mitata yhtäaikaisesti MEG-signaaleja. Toisaalta kohdetta voidaan polarisoida sen toisista osista ja mitata yhtäaikaisesti esimerkiksi magneettikuvaus- ja MEG-signaaleja kohteen toisista osista. Nykyisin MEG-mittauksen suorittaminen polarisaation kanssa olennaisesti samassa kohdassa ei ole mahdollista, koska esi- o 25 merkiksi SQUID-sensorit eivät kykene signaalienkeruuseen voimakkaassa magneettiken- c\j dj tässä. Menetelmä soveltuu erinomaisesti myös esimerkiksi magnetorelaksometriaan.Simultaneous polarization and measurement can also be used to perform, for example, MEG or MKG-20 measurements during MK polarization. For example, when one part of the head is polarized, MEG signals can be simultaneously measured from the other parts of the head. On the other hand, an object can be polarized from other parts of the object and simultaneously measured, for example, MRI and MEG signals from other parts of the object. At present, it is not possible to perform MEG measurement at substantially the same point as polarization because, for example, SQUID sensors, for example, are not capable of signal acquisition in strong magnetic fields. The method is also well suited for example to magnetorelaxometry.

o oo MRX:ssa kohdetta voidaan polarisoida toisaalta ja siellä, missä polarisaatiokentän x vaikutus on erilainen kuin edellisen polarisaatiokentän, voidaan mitata edellisen polarisaa-o oo In MRX, on the other hand, the object can be polarized, and where the effect of the polarization field x is different from that of the previous polarization field,

CCCC

Q_ tiokentän jälkeistä relaksoitumista.Q_ relaxation after thi field.

<o to ^ 30<o to ^ 30

LOLO

g Seuraavaksi esillä olevaa polarisaatiokoodausta usean signaalia vastaanottavan sensorin o ^ tapauksessa lähestytään matemaattisesti:g Next, the present polarization coding for multiple signal receiving sensors is approached mathematically:

Magneettikuvauksessa usean sensorin signaalit ajan t funktiona voidaan kirjoittaa 15 vektoriin s(t), jonka i:s rivi vastaa zrnnen sensorin signaalia. Vastaavasti lähdemagnetisaatiot voidaan kirjoittaa komponenteittain vektoriin m(t). Näiden kahden vektorin välillä on yhteys s(t) = A m(t) 5 missä A on kytkentämatriisi, joka kertoo, kuinka lähdekomponentit kuvautuvat signaaleiksi. Oletetaan, että suoritetaan K peräkkäistä mittausta siten, että t.rmen mittauksen magnetisaatiot ovat mk(t) = Ckm{t) missä Ck on muunnosmatriisi. Tällöin Finnen mittauksen signaalit voidaan 10 ilmaista muodossa sk{t) = [ACjfc]m(i)In magnetic resonance imaging, the signals of multiple sensors as a function of time t can be written to 15 vectors s (t), whose i-th line corresponds to the zrnene sensor signal. Correspondingly, source magnetizations can be written by component into vector m (t). There is a connection between the two vectors s (t) = A m (t) 5 where A is a coupling matrix that describes how the source components are mapped to signals. Assume that K consecutive measurements are performed such that the magnetizations for the t.rme measurement are mk (t) = Ckm {t) where Ck is the transformation matrix. In this case, the signals from the Finnish measurement can be expressed as sk {t) = [ACjfc] m (i)

Yhdistämällä signaalit s* ja matriisit AC* riveittäin on mahdollista luoda suuri signaali vektori 5 ’ ja yleistetty kytkentämatriisi A’:By combining the signals s * and the matrices AC * by rows it is possible to create a large signal vector 5 'and a generalized coupling matrix A':

f S! (i)\ [ACAf S! (i) \ [ACA

s'(t) - : ja A'= is '(t) -: and A' = i

\sK(t)J \ACKJ\ sK (t) J \ ACKJ

15 Nyt voidaan kirjoittaa s'(t) = A rm(t)15 Now we can write s' (t) = A rm (t)

Jos muunnosmatriisit on valittu sopivasti,If the conversion matrices are properly selected,

rank A' > rank Arank A '> rank A

eli matriisissa A’ on enemmän lineaarisesti riippumattomia rivejä kuin matriisissa 20 A. Koska matriisin A’ aste on suurempi kuin A:n, voidaan s ’:n ja A’ :n avulla ratkaista läh-^ devektori m tarkemmin kuin perinteisesti sm ja A:n avulla. On siis saatu c\j . lisää informaatiota lähdemagnetisaatioista.that is, the matrix A 'has more linearly independent rows than the matrix 20A. Because the degree of the matrix A' is greater than A, s 'and A' can be used to solve the source vector m more accurately than traditionally sm and A: n. Thus, c \ j has been obtained. more information on source magnetization.

o 0000

Jotta lähdemagnetisaatio voidaan ratkaista, on tunnettava muunnosmatriisi C*. Tämä voice 25 daan tuottaa polarisaatiokenttien muodoista matemaattiseesti esimerkiksi seuraavalla taval-co , CO la.In order to solve the source magnetization, it is necessary to know the transformation matrix C *. This voice 25 produces a mathematical test of the shapes of the polarization fields, for example, in the following common-co, CO 1a.

1^ m 00 o o1 ^ m 00 o o

Oletetaan, että mittauskenttä on Bm(r’, t) = Bm(r \ t)ez. ex ey ja ez ovat yksikkövektoreita kolmessa kohtisuorassa suunnassa. Vertailukohdaksi oletetaan homogeeninen polarisaatio-30 kenttä Bp = Bvex. Tällä polarisaatiokentällä signaaliyhtälöksi tulisi 16 s (f) = A m(t) A:nnen polarisaation aikana polarisaatiokenttä on B^k)(rr). Tällä polarisaatiolla Finnen mittauksen signaaliyhtälöksi saadaan 5 »k{t) '·'·'·'· A.Ci.rnU) missä Ck on £:nnen mittauksen muunnosmatriisi. Jos lähdevokseleita on yhteensä Nv, kutakin vokselia vastaavat magnetisaatiokomponentit on asetettu vektoriin m peräkkäin ja oletetaan, että vain magnetisaatio iden x- jay-komponentit kuvautuvat signaaleiksi, C/, on 2NV x 2Nv blokkidiagonaalimatriisi. Matriisin i:s blokki on / ' f (BP°(^>ex Spfe)(r'>e?Λ F(fc) = n / /\ (cos^(r?) — sm<f>k(rWp ^-Assume that the measurement field is Bm (r ', t) = Bm (r \ t) ez. ex ey and ez are unit vectors in three orthogonal directions. The homogeneous polarization-30 field Bp = Bvex is assumed as the reference point. With this polarization field, the signal equation would become 16 s (f) = A m (t) During the A polarization, the polarization field is B (k) (r r). With this polarization, the signal equation for Finne's measurement is given by 5 »k {t) '·' · '·' · A.Ci.rnU) where Ck is the transformation matrix of the mittath measurement. If the source voxels have a total Nv, the magnetization components corresponding to each voxel are placed in the vector m in succession, and it is assumed that only the x-Jay components of the magnetizations are mapped to signals, C /, is a 2NV x 2Nv block diagonal matrix. Matrix i: s block on / 'f {BP ° (^> ex Spfe) {r'> e? Λ F (fc) = n / / \ {cos ^ (r?) - sm <f> k {rWp ^ -

* l) ^Sin0fc(r5) COScfyfefy') ) 1 Bjk)(r^)-ey B{pk\r'ye:l: I* l) ^ Sin0fc (r5) COScfyfefy ')) 1 Bjk) (r ^) - ey B {pk \ r'ye: l: I

jq \ Bp Bp / missä r’i on z:nnen vokselin paikka, ^ ( i \ (rfi ex C0S^(r?;) = ||R(fc)r Miljq \ Bp Bp / where r'i is the position of the z-voxel, ^ {i \ (rfi ex C0S ^ (r ?;) = || R (fc) r Mil

\\BP ML\\ BP ML

M‘] |KV')||WM '] | KV') || W

määrittelevät kulman βρ:η ja Äp(i)(r’i):n välillä, ||-||xy on argumentinx- jay-komponenttien euklidinen normi ja ||£p°(r')|| £ f t\ Il F 1 II.rv ik{r.}) ----- 15 Bv määrittelee muunnoksen amplitudissa. Jos llJfy^fy’ijllxy = 0, kulmaa -φ^’ί) ei ole määritel-^ ty, mutta kuitenkin muunnosmatriisin /:s blokki on yllä olevan yhtälön viimeisimmän i o muodon mukainen.define the angle between βρ: η and Äp (i) (r'i), || - || xy is the Euclidean norm of the x components of the argumentx and || £ p ° (r ') || £ f t \ Il F 1 II.rv ik {r.}) ----- 15 Bv defines the transform in amplitude. If 11Jfy ^ fy'ijllxy = 0, the angle -φ ^ 'ί) is not specified, but the / s block of the transformation matrix is in accordance with the latest form of the above equation.

i 00 | 20 Käyttämällä yhtä fyysistä sensoria ja kaksi kertaa samaa polarisaatiokenttää tai käyttämällä to yhtä fyysistä sensoria ja kerran kahta erilaista polarisaatiokenttää, on (ainakin likimain)i 00 | 20 Using one physical sensor and twice the same polarization field, or using one physical sensor and once two different polarization fields, is (at least approximately)

CDCD

sama vaikutus mittauksen signaali-kohinasuhteeseen. Esillä olevan menetelmän erityisenä oo o etuna on kuitenkin se, että sen avulla saadaan lisäinformaatiota, kuten yllä on matemaatti-the same effect on the signal-to-noise ratio of a measurement. However, a particular advantage of the present method is that it provides additional information such as the mathematical

CVJCVJ

sesti osoitettu. Lisäksi tämä on osoitettu simulaatioin, kuten esimerkiksi kuviosta 4 ja sii-25 hen liittyvästä selityksestä alempana voidaan nähdä.addressed. In addition, this is demonstrated by simulations, as can be seen below, for example, in Figure 4 and the related description.

1717

Voidaan myös ajatella, että mitatut signaalit Sk(t) vastaavat ’’virtuaalisia sensoreita”. Niinpä esillä olevan menetelmän avulla voidaan vähentää sensorien lukumäärää, mistä on etua erityisesti matalakenttäkuvauksessa, jossa vastaanottokeloina joudutaan usein käytetään 5 kalliita suprajohtavia sensoreita. Erilaisia polarisaatiokenttäprofiileja voidaan taas tuottaa helposti ja edullisesti resistiivisten kelojen avulla ilman merkittävää mittauksen signaali-kohinasuhteen heikkenemistä.It is also conceivable that the measured signals Sk (t) correspond to '' virtual sensors ''. Thus, the present method can reduce the number of sensors, which is an advantage, especially in low field imaging, where 5 expensive superconducting sensors are often used as reception coils. Again, various polarization field profiles can be easily and advantageously produced by resistive coils without significant loss of the measurement signal-to-noise ratio.

Virtuaalisten sensorien muodostumista voidaan käsitellä myös jatkuvassa geometriassa.The formation of virtual sensors can also be addressed in continuous geometry.

10 «:nncn sensorin signaali ajan t funktiona homogeenisen polarisaation tapauksessa voidaan kirjoittaa muodossa sn{t)= j Ln(rf) M{r'J.)dr' missä Ln(f ) kertoo ko. sensorin herkkyyden kohdassa r’ jaM(r’,t) on lähdemagnetisaatio-vektori ja koostuu paikkaan r liittyvän magnetisaation komponenteista. Kun k:s polarisaa-15 tiokenttä on muodoltaan sellainen, että kohdassa f lähdemagnetisaatio on muotoa Ht(r’)M(r’, t), missä H/,(r ) on neliömatriisi, n:nnen sensorin signaaliksi saadaan 4fc)(*) = j Ln(rr) == j R}av' >LriF)\ Mir'J)dr' • 'p ,, , missä Hk on matriisin H* transpoosi. Tämä voidaan tulkita sellaisen virtuaalisen sensorin signaaliksi, jonka herkkyys kohdassa f on H/,(r ) ' /.„(>’). Näiden virtuaalisten 20 sensoreiden signaaleja voidaan käsitellä aivan samoin kuin fysikaalisten sensoreiden signaaleja.The signal of a 10 nncn sensor as a function of time t in the case of homogeneous polarization can be written in the form sn (t) = j Ln (rf) M (r'J)) dr 'where Ln (f) multiplies the current. the sensor sensitivity at position r 'and M (r', t) contains the source magnetization vector and consists of the components of the magnetization associated with the position r. When the k th polarization-15 th field is such that at source f the source magnetization is of the form Ht (r ') M (r', t) where H /, (r) is a square matrix, the signal of the nth sensor is obtained as 4fc) ( *) = j Ln (rr) == j R} av '> LriF) \ Mir'J) dr' • 'p ,, where Hk is the transposition of the matrix H *. This can be interpreted as the signal of a virtual sensor with a sensitivity at f of H /, (r) '/.' (> '). The signals of these virtual sensors may be processed in much the same way as the signals of the physical sensors.

δ cv i g Keksinnön toimivuus on osoitettu myös simulaatiotuloksin, joita esitellään lyhyesti seuraa- $2 25 vaksi.δ cv i g The performance of the invention has also been demonstrated by simulation results, which are briefly presented below.

i cci cc

CLCL

φ Simulaatiotulokset tuotettiin käyttäen Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB, Ber- coφ Simulation results were generated using the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB, Berco

Iin) -laitoksen 304-kanavaisen SQUID-systeemin sensoriasetelmaa. SQUID-sensorit on oo § sijoitettu tasapohjaisen devarin sisään kahdeksaan vaakasuoraan tasoon halkaisijaltaan 244Iin) 304-channel SQUID sensor setup. SQUID sensors are oo § placed inside a flat bottom devar in eight horizontal planes with a diameter of 244

(M(M

30 mm:n alueelle. Matalin ja korkein sensoritaso ovat 29 ja 169 mm devarin pohjan yläpuolella. Lisätietoa sensorijärjestelmästä on viitteessä Λ. Schnabel, M. Burghoff, S. Hartwig, F.30 mm. The lowest and highest sensor levels are 29 and 169 mm above the bottom of the devar. Refer to stä for more information about the sensor system. Schnabel, M. Burghoff, S. Hartwig, F.

1818

Petsche, U. Steinhoff, D. Drung and H. Koch. A sensor configuration for a 304 SQUID vector magnetometer, Neurology and Clinical Neurophysiology, 70, 2004.Petsche, U. Steinhoff, D. Drung and H. Koch. Sensor configuration for a 304 SQUID vector magnetometer, Neurology and Clinical Neurophysiology, 70, 2004.

Järjestelmän geometria implementoitiin tietokoneelle, jolla simulaatiot suoritettiin. Simu-5 laatioita varten 15x15 -vokselinen digitaalinen fantomi asetettiin 40 mm alimman SQU1D-tason alapuolelle devarin keskelle. Fantomit tuotettiin käyttäen BrainWeb-dataa (http://www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb/).The system geometry was implemented on the computer on which the simulations were performed. For Simu-5 plots, a 15x15 voxel digital phantom was placed 40mm below the lowest SQU1D level in the center of the devar. Phantoms were produced using BrainWeb data (http://www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb/).

Määritellään koordinaattiakselit siten, että origo on alimman SQUID-tason keskellä, ez 10 osoittaa ylöspäin ja ex ja ey määräävät vaakasuoran tason. Mittauskentäksi valittiin Bm =Define the coordinate axes so that the origin is in the middle of the lowest SQUID plane, ez 10 points upwards and ex and ey determine the horizontal plane. Bm = was selected as the measurement field

Bmey, missä Bm = 5 μΤ.Bmey, where Bm = 5 μΤ.

Simulaatiot suoritettiin seuraavalla kuvaussekvenssillä. Aluksi näyte polarisoidaan polari-saatiokentällä Bp(k), minkä jälkeen kenttä kytketään pois ja mittauskenttä Bm kytketään 15 päälle. Signaalit kerättiin 1 kHz:n näytteistystaajuudella Bm:n ollessa päällä 100 ms.The simulations were performed with the following description sequence. Initially, the sample is polarized with the Polarization field Bp (k), after which the field is switched off and the measuring field Bm is turned on. Signals were collected at a sampling rate of 1 kHz with Bm on for 100 ms.

Sensorien signaalit simuloitiin fantomin vokseleista, minkä jälkeen kuhunkin signaaliin lisättiin valkoista gaussista kohinaa keskihajonnalla σ. Mittauskenttää vastaan kohtisuorat magnetisaatiokomponentit ratkaistiin ylempänä johdetusta yhtälöstä s ’(t) = A2m(t) käyttäen 20 yleistettyä kytkentämatriisia, sen singulaariarvohajotelmaa ja asettamalla pienet singulaa-riarvot nolliksi (regularisointi) ennen käänteisongelman ratkaisemista. Vokseleiden magnetisaatiokomponentit ratkaistiin kullekin ajanhetkelle erikseen, minkä jälkeen kunkin komponentteihin sovitettiin vaimenemista kuvaava kompleksinen sinifunktio. Funktioiden parametreista saatiin ratkaistua vokseleiden magnetisaatioiden amplitudit.The sensor signals were simulated from phantom voxels, and then white Gaussian noise with standard deviation σ was added to each signal. The magnetization components perpendicular to the measuring field were solved from the above derivative of s' (t) = A2m (t) using 20 generalized coupling matrices, its singular value decomposition, and setting small singular values to zero (regularization) before solving the inverse problem. The magnetization components of the voxels were solved separately for each time point, after which a complex sinusoidal function representing the attenuation was applied to each component. From the parameters of the functions, the amplitudes of the voxel magnetizations were solved.

δ 25δ 25

(M(M

i g Ratkaisujen tarkkuutta arvioitiin funktiolla i “ P 1 - amp £,.|M(ri)|i g The accuracy of the solutions was evaluated by the function i “P 1 - amp £,. | M (ri) |

CLCL

co missä summaukset suoritetaan kaikkien vokseleiden yli, r ’,· on Ennen vokselin paikkakoor- ^ dinaatti ja M ja M kuvaavat simulaatiossa käytettyjä magnetisaatioita ja estimoituja mag- o ° 30 net isaat iota, tässä järjestyksessä.co where the summations are performed over all voxels, r ', · is Before the voxel position coordinate and M and M represent the magnetizations and the estimated magma 30 net isation used in the simulation, respectively.

Erilaiset simulaatiossa käytetyt polarisaatiokentät on listattu taulukossa 1.The different polarization fields used in the simulation are listed in Table 1.

1919

Taulukko 1. Simulaatiossa käytetyt polarisaatiokentät (r’ on paikkakoordinaatti) B B\-!] = Bpex C Bp1 = Bpe,. Bf = (] + Bpe, D Bp = Bfe, Bp = Bve, E B<‘> - Bpe, BP = tl + ^l) BperTable 1. Polarization fields used in the simulation (r 'is position coordinate) B B \ -!] = Bpex C Bp1 = Bpe,. Bf = (] + Bpe, D Bp = Bfe, Bp = Bve, E B <'> - Bpe, BP = tl + ^ l) Bper

Bp = Bpe, Bf = (l + Bpe, 5Bp = Bpe, Bf = {l + Bpe, 5

Kuviossa 3 on esitetty virheiden Eamp keskiarvot 15x15 -vokseliselle fantomille. Käyrien selitteet viittaavat erilaisiin polarisaatioihin taulukon 1 mukaisesti. Vaaka-akselin yksikkönä on χ __ σ 10 missä Bp on polarisaatiokentän amplitudi, Np on erilaisten polarisaatiokenttien lukumäärä ja σ on kohinan keskihajonta. Näin määritellen λ kasvaa kuvausajan mukana (kun Np ja Bp on kiinnitetty, σ 1/Vt missä T on kuvausaika).Figure 3 shows the mean Eamp errors for a 15x15 voxel phantom. Curve labels refer to different polarizations as shown in Table 1. The horizontal axis unit is χ __ σ 10 where Bp is the amplitude of the polarization field, Np is the number of different polarization fields, and σ is the standard deviation of the noise. Defining this, λ increases with the acquisition time (when Np and Bp are attached, σ 1 / Vt where T is the acquisition time).

Kuviossa 4 on esitetty lähdefantomit ja saadut ratkaisut, eli vokseleiden amplitudit käyte-15 tylle 15x15 -vokseliselle fantomille. Signaalikohinasuhde kasvaa vasemmalta oikealle. i:nnessä sarakkeessa λ = 1010+1. Rivillä A on esitetty lähdefantomit sellaisenaan ja muilla riveillä ratkaisut, jotka on saatu käyttäen erilaisia polarisaatiomalleja taulukon 1 mukaisesti.Figure 4 shows the source phantoms and the resulting solutions, i.e., the amplitudes of voxels for an inactive 15x15 voxel phantom. The signal-to-noise ratio increases from left to right. in the i th column λ = 1010 + 1. Row A shows the source phantoms as such and, in the other rows, the solutions obtained using the different polarization models according to Table 1.

δδ

(M(M

20 Kuviossa 5 on esitetty yleistettyjen kytkentämatriisien A’ nollasta eroavat singulaariarvot o ή Wj 15x15 -vokseliselle fantomille. Arvot ovat laskevassa j äestyksessä siten, että wo on x suurin singulaariarvo. Käytetyt polarisaatiot ovat taulukon 1 mukaiset, ccFigure 5 shows the singular values of the generalized coupling matrices A 'for a 0x Wj 15x15 voxel phantom. The values are in descending order so that wo is the maximum singular value of x. The polarizations used are according to Table 1, cc

CLCL

COC/O

Myös simulaatiotulokset osoittavat, että polarisaatiokoodauksella saadaan lisää informaa-The simulation results also show that polarization coding provides more information

LOLO

o 25 tiota lähdemagnetisaatioiden ratkaisemiseksi. On myös huomattavissa, että käyttäen pel- o ^ käsiään yhtä polarisaatiokenttää informaatio ei riitä lähdemagnetisaatioiden tarkkaan rat kaisemiseen millään kohinatasolla, koska osa matriisin A’ singulaariarvoista jää nolliksi.o 25 actions to solve source magnetization. It is also noteworthy that using one field polarization field, the information is not sufficient to accurately solve the source magnetizations at any noise level, since some of the singular values of matrix A 'remain zero.

2020

Kuvista 3 ja 4 on nähtävissä, että annetussa mittausajassa lähdemagnetisaatiot voidaan ratkaista tarkemmin käyttäen polarisaatiokoodausta.It can be seen from Figures 3 and 4 that, within a given measurement time, the source magnetizations can be more precisely solved using polarization coding.

5 Esimerkki 1 (kuvaussekvenssi MRI:hin)Example 1 (imaging sequence for MRI)

Alla oleva esimerkinomainen kuvaussekvenssi on tarkoitettu auttamaan keksinnön ymmärtämisessä ja soveltamisessa käytäntöön. Sekvenssi on suunniteltu yhdistämään tässä kuvattu polarisaatiokoodaus Fourier-koodaukseen. Sekvenssin avulla on mahdollista tuottaa kohteesta 10 kolmiulotteisen kuvan tuottamiseen koodaamalla yhtä dimensiota polarisaation avulla ja kahta muuta dimensiota vaihe- ja taajuuskoodauksen avulla:The exemplary description sequence below is intended to assist in understanding and applying the invention in practice. The sequence is designed to combine the polarization coding described herein with Fourier coding. The sequence makes it possible to produce from a subject 10 to produce a three-dimensional image by encoding one dimension by polarization and two other dimensions by phase and frequency coding:

Mittaustapahtumassa suoritetaan seuraavaa erilaisilla polarisaatiokentillä: 15 fork=ltoKdo for i = 1 to I do a) k:s polarisaatiokenttä kytketään päälle (näyte magnetoituu).In the measurement process, the following is performed with different polarization fields: 15 fork = ltoKdo for i = 1 to I do a) The kth polarization field is turned on (the sample is magnetized).

b) k:s polarisaatiokenttä kytketään pois.b) the kth polarization field is switched off.

c) Mittauskenttä kytketään päälle.(c) The measuring field shall be switched on.

20 d) Mittauskenttään lisätään x-suuntainen vaihekoodausgradientti, jonka amplitudi riippuu i:stä.D) Add to the measurement field an x-direction phase coding gradient whose amplitude depends on i.

e) x-suuntainen vaihekoodausgradientti kytketään pois.e) disabling the x-direction phase coding gradient.

f) Mittauskenttään lisätään y-suuntainen taajuuskoodausgradientti, jonka aikana signaalin-keruu tapahtuu ainakin yhdellä vastaanottokelalla.f) Adding a y-direction frequency coding gradient to the measurement field during which signal acquisition is performed by at least one receiving coil.

o 25 g) y-suuntainen taajuuskoodausgradientti kytketään pois.o 25 g) The y-direction frequency coding gradient is turned off.

cm h) Mittauskenttä kytketään pois.cm h) Switch off measuring field.

i oo end x end cci oo end x end cc

CLCL

CDCD

30 Vaihtoehtoisesti mittauskenttä voi olla päällä jatkuvasti. Käytettäessä Fourier-koodausta ja 00 o lineaarisia gradientteja mittauskentän tulee olla homogeeninen.30 Alternatively, the measurement field may be continuously on. When using Fourier coding and 00 o linear gradients, the measurement field should be homogeneous.

C\lC \ l

Lopuksi kohteesta muodostetaan kolmiulotteinen kuva mitattujen signaalien avulla, x- ja y-dimensiot saadaan dekoodattua Fourier-muuntamalla kerätyt signaalit, z-dimensio saadaan 21 dekoodattua käyttämällä hyväksi erilaisten polarisaatiokenttien luomaa informaatiota ja vas-taanottokelojen herkkyysprofiileja.Finally, a three-dimensional image of the object is generated by the measured signals, the x and y dimensions can be decoded by the signals collected by Fourier transform, the z dimension is obtained 21 decoded by utilizing information generated by various polarization fields and sensitivity profiles of the receiving coils.

Esimerkki 2. (kuvaussekvenssi MRXrään) 5Example 2. (mapping sequence to MRX) 5

Esillä oleva keksintö soveltuu perinteisen MRI:n lisäksi myös magnetorelaksometriaan (mag-netorelaxometry, MRX), eli magneettisten partikkelien kuvantamiseen.The present invention is applicable not only to conventional MRI, but also to magneto-magnetic relaxation (MRX), i.e. magnetic particle imaging.

MRX:ssä voidaan tutkia magneettisten merkkipartikkelien ominaisuuksia, esimerkiksi niiden 10 jakaumaa kehossa. MRX:ssä näyte (= merkkipartikkelit) magnetoidaan magneettikentässä. Tämän jälkeen kenttä kytketään pois ja mitataan näytteen relaksaatiosta aiheutuvat signaalit. Erona perinteiseen magneettikuvaukseen on, että relaksaatiomittauksen aikana ei käytetä ulkoista magneettikenttää. Eri sensorien keräämien signaalien avulla partikkelien paikat ja niiden määrä voidaan selvittää. Käyttämällä polarisaatiokoodausta voidaan luoda virtuaalisia 15 sensoreita j a selvittää partikkelien ominaisuudet tarkemmin ja helpommin.MRX can study the properties of magnetic marker particles, for example, their 10 distributions in the body. In MRX, the sample (= marker particles) is magnetized in a magnetic field. The field is then switched off and the signals due to sample relaxation are measured. The difference with conventional MRI is that no external magnetic field is used during relaxation measurements. The signals collected by the various sensors can be used to determine the locations of particles and their number. By using polarization coding, virtual sensors can be created and the properties of the particles more accurately and easily determined.

Alla on esitetty esimerkinomainen kuvaussekvenssi MRX:ää varten:An exemplary mapping sequence for MRX is shown below:

Seuraavaa suoritetaan käyttäen erilaisia polarisaatiokenttiä.The following is performed using different polarization fields.

20 for k = 1 to K do a) k:s polarisaatiokenttä kytketään päälle (näyte magnetoituu).20 for k = 1 to K do a) The kth polarization field is turned on (sample is magnetized).

b) k:s polarisaatiokenttä kytketään pois.b) the kth polarization field is switched off.

c) Mitataan näytteen relaksaatiota yhdellä tai useammalla sensorilla, δ 25 endc) Measure the relaxation of the sample with one or more sensors, δ 25 end

(M(M

CNJCNJ

cp co Lopuksi muodostetaan kuva kohteen partikkeleista käyttäen hyväksi erilaisten polarisaatio- x kenttien ja sensorien tuottamaa informaatiota.cp co Finally, an image of the particles of the object is formed utilizing the information produced by various polarization x fields and sensors.

0.0.

COC/O

3030

LOLO

o Tähän keksintöön johtanut työ on saanut rahoitusta Euroopan yhteisön seitsemännestä puite- C\| ohjelmasta (2007-2013) avustussopimuksen nro 200859 mukaisesti.o The work that led to this invention has received funding from the European Community's Seventh Framework C \ | program (2007-2013) in accordance with the grant agreement 200859.

Claims (24)

1. Bildutforamingsförfarande for magnetisk bildffamställning av ett objekt, vid vilket förfarande (a) en mätbar magnetisk polarisation alstras (11, 21) i objektet (43), 5 (b) objektets (43) polarisation mäts (13, 25) med hjälp av ätminstone en mottagarspole, och (c) ätminstone en endimensionell bild av objektet (43) bildas (16, 30) pä basis av mätningen, kännetecknat av att 10. stegen (a) och (b) upprepas ett flertal ganger medelst ett flertal polariserande magnetfält med väsentligen olika positionsberoende profiler i objektet (43), och bilden av objektet (43) bildas (16, 30) med hjälp av det nämnda flertalet polariserande magnetfält frän ett polariserat sampel pä basis av de utförda 15 mätningama.1. Imaging method for magnetic image generation of an object, in which method (a) produces a measurable magnetic polarization (11, 21) in the object (43), (b) polarization of the object (43) is measured (13, 25) by at least one receiver coil, and (c) at least one one-dimensional image of the object (43) is formed (16, 30) on the basis of the measurement, characterized in that steps 10 (a) and (b) are repeated several times by a plurality of polarizing magnetic fields. with substantially different position dependent profiles in the object (43), and the image of the object (43) is formed (16, 30) by means of said plurality of polarizing magnetic fields from a polarized sample on the basis of the measurements taken. 2. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att vid bildutformningen används det nämnda flertalet polariserande magnetfält för att koda ätminstone en dimension hos objektet (43) ätminstone delvis.Method according to any of the preceding claims, characterized in that in the image design, said plurality of polarizing magnetic fields is used to encode at least one dimension of the object (43) at least partially. 3. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av ^ 20 att skiv-, fas- eller frekvenskodning används (23, 24) för att koda den ätminstone ena o , dimensionen hos objektet (43). o i ooMethod according to any of the preceding claims, characterized in that disk, phase or frequency coding is used (23, 24) to encode the at least one dimension of the object (43). o i oo 4. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av X £ att polariserande magnetfält används, vilka är ätminstone huvudsakligen icke-lineärt föränderliga i den ätminstone ena dimensionen i omrädet av objektet (43). i^. LO 00 o o 254. A method according to any of the preceding claims, characterized by X 2 using polarizing magnetic fields which are at least substantially non-linearly variable in the at least one dimension in the region of the object (43). in ^. LO 00 o o 25 5. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att i steg (a) kopplas (11,21) vid varjc upprepning ett polarisationsfält pä, som ffän-kopplas före päbörjan av mätningen i steg (b).Method according to any of the preceding claims, characterized in that in step (a) (11,21), each polarization field is switched on, which is switched before the start of the measurement in step (b). 6. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att objektet (43) polariseras och mäts ätminstone delvis samtidigt, företrädesvis under det att steg (a) vid en ny upprepning utförs samtidigt som steg (b) vid en föregäende upprepning, företrädesvis i lokalt olika omräden. 5Method according to any of the preceding claims, characterized in that the object (43) is polarized and measured at least partially simultaneously, preferably while performing step (a) at a new repeat at the same time as step (b) at a previous repeat, preferably in locally different areas. 5 7. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att en mätning (12-14, 22-27) av magnetiseringen utförs i ett mätfält med en ortogo-nal komponent i förhällande tili respektive använt polariserande magnetfälts fältrikt-ning eller i ett mätfält som är väsentligen parallellt med mätfältet och polarisationen roteras i förhällande tili mätfältet med hjälp av en RF-puls. 10Method according to any of the preceding claims, characterized in that a measurement (12-14, 22-27) of the magnetization is carried out in a measuring field with an orthogonal component in relation to the respective direction of the polarizing magnetic field or in the used direction. a measurement field which is substantially parallel to the measurement field and the polarization is rotated relative to the measurement field by means of an RF pulse. 10 8. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att ätminstone för tiden för steget för magnetiseringsmätningen är ett väsentligen homogent magnetfält kopplat över objektet.Method according to any of the preceding claims, characterized in that at least for the time of the step of the magnetization measurement, a substantially homogeneous magnetic field is coupled over the object. 9. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att bilden av objektet (43) bildas väsentligen genom att bestämma källmagnetisering- 15 ens storhet m ur ekvationen s'(t) = A 'm(t) där t utgör tiden, s ’ utgör ett antal K signalmätningssignaler eller deras matematiska ^ transformationer innehällande signalvektor och A’ utgör en kopplingsmatris, som CM innehäller information om den vid respektive upprepning pä motsvarande sätt an-o ^ 20 vända polariserande magnetfältets profil. X CCMethod according to any of the preceding claims, characterized in that the image of the object (43) is formed essentially by determining the magnitude of the source magnetization m from the equation s '(t) = A' m (t) where t is the time. , s 'constitute a number of K signal measurement signals or their mathematical transformations containing signal vector and A' is a coupling matrix which CM contains information on the profile of the polarizing magnetic field applied in the corresponding repetition in the corresponding manner. X CC 10. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat to av att objektets (43) polarisation och mätning utförs i ett lägt magnetfält, polarisat- LO g ionen är företrädesvis mindre än 100 mT i fältet och mätningen företrädesvis mindre än 1 mT i fältet.Method according to any of the preceding claims, characterized in that the polarization and measurement of the object (43) is carried out in a low magnetic field, the polarization LOg ion is preferably less than 100 mT in the field and the measurement is preferably less than 1 mT in the field. the field. 11. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att för att ästadkomma de olika polarisationsprofilema används ett flertal olika polarisationsspolar (40), en eller ett flertal formbara eller flyttbara polarisations-spolar, en eller ett flertal flyttbara permanenta magneter och/eller ett eller ett flertal 5 magnetfältsbearbetande stycken.Method according to any of the preceding claims, characterized in that in order to achieve the different polarization profiles, a plurality of different polarization coils (40), one or a plurality of moldable or removable polarization coils, one or a plurality of removable permanent magnets and / or one or a plurality of magnetic field processing pieces. 12. Förfarande i enlighet med patentkrav 11, kännetecknat av att ätminstone fyra olika polarisationsspolar (40), permanenta magneter eller magnetfältsbearbetande stycken, som är anordnade i närheten av objektet (43) och som kan styras oberoende av varandra, används. 10Method according to claim 11, characterized in that at least four different polarization coils (40), permanent magnets or magnetic field processing pieces, which are arranged in the vicinity of the object (43) and which can be controlled independently of each other, are used. 10 13. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att ätminstone en del av de polariserande magnetfälten är i förhällande tili hela bildomrädet lokala.Method according to any of the preceding claims, characterized in that at least some of the polarizing magnetic fields are relative to the entire image area. 14. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att det nämnda flertalet polariserande magnetfält förmär ästadkomma i objektet 15 (43) varierande amplitud- och/eller fasfördelningar for polarisationen.A method according to any of the preceding claims, characterized in that said plurality of polarizing magnetic fields cause varying amplitude and / or phase distributions for the polarization in the object 15 (43). 15. Användningen av ett förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven vid magnetresonansavbildning (MRI), i synnerhet vid förpolariserad magnet-resonansavbildning (prepolarised MRI).The use of a method according to any of the preceding claims in magnetic resonance imaging (MRI), in particular in prepolarized magnetic resonance imaging (MRI). ° 16. Användningen av ett förfarande i enlighet med nägot av patentkraven 1 - 14 vid C\J o 20 magnetorelaxometri (MRX). oo° 16. The use of a method according to any one of claims 1 to 14 at C \ J and 20 magnetorelaxometry (MRX). oo 17. Användningen av ett förfarande i enlighet med nägot av patentkraven 1-14 vid to elektronparamagnetiseringsresonansavbildning (EPR). CD i^. LO coThe use of a method according to any of claims 1-14 in two electron paramagnetization resonance imaging (EPR). CD i ^. LO co § 18. Användningen av ett förfarande i enlighet med nägot av patentkraven 1-14 vid (M strukturell eller funktionell magnetavbildning tillsammans med passiv magnetisk observation, säsom magnetoenkefalografi (MEG) eller magnetokardiografi (MKG), företrädesvis vid samtidig mätning.§ 18. The use of a method according to any of claims 1-14 in (M structural or functional magnetic imaging together with passive magnetic observation, such as magnetocephalography (MEG) or magnetocardiography (MKG), preferably in simultaneous measurement). 19. Anordning för magnetisk bildframställning av ett objekt, vilken anordning om-fattar 5. organ (40) för att alstra en mätbar magnetisk polarisation i objektet (43), - ätminstone en sensor (41) för att mätä den alstrade polarisationen ytterom objektet (43), - organ för att bilda en bild av objektet (43) pä basis av mätningama, kännetecknad av att 10. organen för att alstra den mätbara magnetiska polarisationen i objektet omfattar organ för att astadkomma ett flertal olika polarisationsprofiler i objektet.Apparatus for magnetic image production of an object, said device comprising: means (40) for generating a measurable magnetic polarization in the object (43), - at least one sensor (41) for measuring the polarization generated outside the object ( Means for forming an image of the object (43) on the basis of the measurements, characterized in that the means (10) for generating the measurable magnetic polarization in the object comprise means for providing a plurality of different polarization profiles in the object. 20. Anordning i enlighet med patentkrav 19, kännetecknad av att organen för att alstra mätbar magnetisering i objektet (43) omfattar ett flertal spolar (40), av vilka 15 var och en är anordnad att bilda en väsentligen olik polarisationsprofil.Device according to claim 19, characterized in that the means for generating measurable magnetization in the object (43) comprise a plurality of coils (40), each of which is arranged to form a substantially different polarization profile. 21. Anordning i enlighet med patentkrav 19 eller 20, kännetecknad av att organen för att alstra mätbar magnetisering i objektet (43) omfattar ätminstone en formbar eller flyttbar spole, en permanent magnet eller ett flyttbart magnetfältsbearbetande sty eke samt organ för att styra dessa för att bilda väsentligen olika polarisations- ^ 20 profiler, o CM c\iApparatus according to claim 19 or 20, characterized in that the means for generating measurable magnetization in the object (43) comprise at least one moldable or removable coil, a permanent magnet or a movable magnetic field processing guide and means for controlling these to form substantially different polarization profiles, o CM c ? 22. Anordning i enlighet med nägot av patentkraven 19-21, kännetecknad av att oo den är anordnad att användas vid förpolariserad magnetresonansavbildning (pre- X £ polarized MRI). CD CD 1^. jg? Device according to any of claims 19-21, characterized in that it is arranged to be used in pre-polarized magnetic resonance imaging (pre-X polarized MRI). CD CD 1 ^. JG 23. Anordning i enlighet med nägot av patentkraven 19-21, kännetecknad av att o o 25 den är anordnad att användas vid magnetorelaxometri (MRX).Device according to any of claims 19-21, characterized in that it is arranged to be used in magnetorelaxometry (MRX). 24. Dataprogramvara, medelst en dator avläsbar fil eller avläsbart lagringsorgan, som innehäller en programkod eller medelst datom avläsbara instruktioner för att förverk-liga ett förfarande i enlighet med nägot av patentkraven 1-14 medelst en magnet-avbildningsanordning. δ CM CM O 00 X IT Q_ CD CD LO CO o o CM24. Computer software, by means of a computer readable file or readable storage means, containing a program code or by means of computer readable instructions for implementing a method according to any of claims 1-14 by means of a magnetic imaging device. δ CM CM O 00 X IT Q_ CD CD LO CO o o CM
FI20085766A 2008-08-11 2008-08-11 Method, device and computer software product for magnetic image making of objects FI121899B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20085766A FI121899B (en) 2008-08-11 2008-08-11 Method, device and computer software product for magnetic image making of objects

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20085766 2008-08-11
FI20085766A FI121899B (en) 2008-08-11 2008-08-11 Method, device and computer software product for magnetic image making of objects

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20085766A0 FI20085766A0 (en) 2008-08-11
FI20085766A FI20085766A (en) 2010-02-12
FI121899B true FI121899B (en) 2011-05-31

Family

ID=39735633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20085766A FI121899B (en) 2008-08-11 2008-08-11 Method, device and computer software product for magnetic image making of objects

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI121899B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI20085766A0 (en) 2008-08-11
FI20085766A (en) 2010-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jones Gaussian modeling of the diffusion signal
Lawrenz et al. Detection of microscopic diffusion anisotropy on a whole‐body MR system with double wave vector imaging
Awojoyogbe et al. Mathematical concept of the Bloch flow equations for general magnetic resonance imaging: A review
Marcon et al. Magnetic susceptibility measurement using 2D magnetic resonance imaging
US20140218025A1 (en) Transverse volume coils and related magnetic resonance systems and methods
Van Reeth et al. Optimal control theory for applications in Magnetic Resonance Imaging
Kose Physical and technical aspects of human magnetic resonance imaging: present status and 50 years historical review
Liu et al. Radiofrequency pulse designs for three‐dimensional MRI providing uniform tipping in inhomogeneous B1 fields
Liu et al. Multimodal integration of diffusion MRI for better characterization of tissue biology
FI121899B (en) Method, device and computer software product for magnetic image making of objects
Balac et al. Fast approximate solution of Bloch equation for simulation of RF artifacts in Magnetic Resonance Imaging
Finsterbusch Numerical simulations of short-mixing-time double-wave-vector diffusion-weighting experiments with multiple concatenations on whole-body MR systems
Constantinesco et al. Low‐field dedicated and desktop magnetic resonance imaging systems for agricultural and food applications
Ziener et al. Lineshape of magnetic resonance and its effects on free induction decay and steady-state free precession signal formation
Hikishima et al. Volumetric q-space imaging by 3D diffusion-weighted MRI
Posnansky et al. On the problem of gradient calibration in diffusion weighted imaging
Ramirez-Manzanares et al. A comparison of methods for recovering intra-voxel white matter fiber architecture from clinical diffusion imaging scans
Frollo et al. Measurement and imaging of planar electromagnetic phantoms based on NMR imaging methods
Bouchard Unidirectional magnetic-field gradients and geometric-phase errors during Fourier encoding using orthogonal ac fields
JP5991996B2 (en) Magnetic resonance method and nuclear spin tomography apparatus for performing the magnetic resonance method
US10520574B2 (en) Determining diffusion tensors using magnetic resonance tomography scanners
Golland Spatial encoding in MRI and how to make it faster
FI86505B (en) UNDERSOEKNINGSFOERFARANDE.
Poh et al. Nonintrusive characterization of fluid transport phenomena in hollow-fiber membrane modules using MRI: An innovative experimental approach
Dada et al. The impact of geometry factors on NMR diffusion measurements by the Stejskal and Tanner pulsed gradients method

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 121899

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed