ITRM20110266A1 - Metodo ed apparato di risonanza magnetica con selezione sequenziale dei modi di risonanza - Google Patents

Description

“Metodo ed apparato di risonanza magnetica con selezione sequenziale dei modi di risonanzaâ€

DESCRIZIONE

La presente descrizione si riferisce ad un metodo e ad un apparato di risonanza magnetica con selezione sequenziale dei modi di risonanza.

La risonanza magnetica (RM) à ̈ una tecnica di indagine della materia basata sulla misura della precessione dello spin dei protoni o di altri nuclei dotati di momento magnetico quando sono in presenza di un campo magnetico statico e perturbati da un campo magnetico esterno oscillante. La risonanza magnetica in campo medicale à ̈ diffusamente utilizzata a scopi diagnostici nella cosiddetta tecnica dell’imaging a risonanza magnetica, che trova ampio impiego nelle applicazioni cliniche e di ricerca con cellule, tessuti, organi e modelli animali. Attualmente la strumentazione clinica RM standard opera a valori di campo magnetico di 1.5 Tesla e si stima che a livello mondiale siano installati più di 10,000 scanner RM presso ospedali e centri di ricerca pubblici e privati.

Un elemento hardware essenziale per l’acquisizione di segnali di risonanza magnetica prodotti da un campione da analizzare à ̈ la bobina a radio frequenza (RF), sintonizzata ad una particolare frequenza di interesse, che permette la rivelazione del segnale di spin nucleare generato da atomi o molecole di interesse biologico (ad esempio, l’idrogeno contenuto nell’acqua dei tessuti). La bobina a radiofrequenza può essere utilizzata in trasmissione o in ricezione. Vi sono inoltre delle tecniche di risonanza magnetica in cui una stessa bobina à ̈ sequenzialmente utilizzata in trasmissione ed in ricezione.

Nella letteratura relativa alle tecniche di risonanza magnetica à ̈ evidenziata la necessità di rivelare sequenzialmente, o preferibilmente simultaneamente, il segnale RM proveniente da due nuclei diversi appartenenti a molecole di interesse bio-medico. A tal proposito sono state utilizzate bobine RF a frequenza doppia (double-tuned), in cui due modi di risonanza di una stessa bobina sono accordati a due distinte frequenze di Larmor dei due nuclei di interesse per l’osservazione. Ad esempio, tali bobine possono essere utilizzate per rivelare il segnale di risonanza magnetica dell’idrogeno (1H) da utilizzare per le immagini strutturali, congiuntamente a quello di un qualunque altro nucleo X (13C, 17O, 19F, 23Na, 31P, 39K) per ricavare informazioni di tipo metabolico e/o funzionale.

Appartengono allo stato della tecnica nota esempi di bobine a radiofrequenza “multiple-tuned†che utilizzano configurazioni di superficie oppure di volume. Le prime sono realizzate su una superficie planare o quasi planare e presentano una regione di sensibilità localizzata principalmente in prossimità del piano stesso di giacenza della bobina. Le bobine a radiofrequenza di volume hanno in genere forma cilindrica o tubolare a sezione ellittica e la regione di sensibilità à ̈ localizzata nel volume interno centrale.

Nel brevetto US 7,119,541 sono descritte delle bobine di volume multiple-tuned di tipo “birdcage†.

Nel brevetto US 5,557,247 sono descritte bobine TEM (Transverse – Electro - Magnetic) di volume.

Nel brevetto USP 4,742,304 sono descritti alcuni esempi di bobine multiple-tuned di superficie con tecnologia a parametri concentrati, adatte a basso campo magnetico (<3T).

Un esempio di bobina di superficie a frequenza doppia per applicazioni pre-cliniche ad elevato campo magnetico (>3T) à ̈ descritta in Alecci M et al, “Practical design of a 4 Tesla double-tuned RF surface coil for interleaved 1H and 23Na MRI of rat head†, Journal of Magnetic Resonance, 181:203-211 (2006).

Nella domanda italiana di brevetto No. RM2007A000584 Ã ̈ descritta una bobina TEM a frequenza tripla per risonanza magnetica.

Nella domanda italiana di brevetto No. RM2007A000585 Ã ̈ descritta una bobina TEM di superficie a frequenza multipla per risonanza magnetica.

Nelle tecniche e negli apparati di acquisizione a risonanza magnetica dello stato dell’arte, le misure relative ad uno stesso campione sono effettuate configurando rigidamente in fase di costruzione e messa a punto la bobina a radiofrequenza da utilizzarsi in trasmissione e/o ricezione, in modo che questa presenti un modo di risonanza che fra quelli disponibili à ̈ ritenuto dall’esperto il più opportuno per osservazioni di risonanza magnetica ad una specifica frequenza di Larmor. Le misure di risonanza magnetica sono dunque pesantemente influenzate dalla distribuzione spaziale del profilo di sensibilità corrispondente al modo di risonanza selezionato dall’esperto.

Lo scopo della presente descrizione à ̈ quello di rendere disponibile un metodo ed un apparato di risonanza magnetica perfezionati che siano in grado di ovviare agli inconvenienti sopra descritti con riferimento alla dipendenza delle misure dalla distribuzione spaziale del modo di risonanza selezionato per l’acquisizione.

Tale scopo viene conseguito mediante un metodo di risonanza magnetica come definito nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e vantaggiose del suddetto metodo di risonanza magnetica sono definite nelle annesse rivendicazioni dipendenti.

Forma oggetto della presente invenzione anche un apparato di risonanza magnetica come definito nella rivendicazione 13.

L’invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di particolari sue forme di esecuzione fatte a titolo esemplificativo e, pertanto, in nessun modo limitativo, in riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ un diagramma di flusso di una forma di realizzazione di un metodo di risonanza magnetica;

- la figura 2 Ã ̈ una vista molto schematica piana e trasversale di un esempio di bobina a radiofrequenza impiegabile nel procedimento di figura 1;

- la figura 3 mostra uno schema circuitale di un esempio di apparato di risonanza magnetica impiegabile nel procedimento di figura 1 e comprendente la bobina di figura 2; e

- le figure 4a, 4b e 4c sono dei grafici di distribuzione spaziale di campo magnetico a radiofrequenza simulati per diversi modi di risonanza della bobina di figura 2.

Nelle figure, elementi uguali o simili saranno indicati mediante i medesimi riferimenti numerici.

Con riferimento al diagramma di flusso di figura 1, con 10 si à ̈ globalmente indicato un metodo di acquisizione di dati di risonanza magnetica.

Tale metodo 10 può essere ad esempio effettuato, senza per questo motivo introdurre alcuna limitazione, tramite un apparato di risonanza magnetica 300 schematicamente rappresentato in figura 3 e comprendente un sistema di trasmissione e/o ricezione 250. Per esigenze di chiarezza, prima di descrivere in maggior dettaglio il metodo di acquisizione 10, si ritiene opportuno descrivere l’apparato 300 di risonanza magnetica.

Con riferimento alle figure 2 e 3, l’apparato di risonanza magnetica 300 include almeno una bobina a radiofrequenza 100 che à ̈ ad esempio, senza per questo motivo introdurre alcuna limitazione, una bobina TEM di superficie del tipo rappresentato in figura 2, ad esempio planare o quasi planare. Alcuni esempi di bobine TEM di superficie sono descritti nella domanda italiana di brevetto RM2007A000585. In accordo ad una forma di realizzazione la bobina TEM di superficie 100 dell’apparato 300 à ̈ del tipo sostanzialmente simile agli esempi di bobina a radiofrequenza descritti nella suddetta domanda italiana di brevetto RM2007A000585 che à ̈ qui incorporata come riferimento.

In accordo ad una forma di realizzazione alternativa non rappresentata nelle annesse figure, l’apparato di risonanza magnetica 300 comprende una bobina a radiofrequenza che anziché essere una bobina TEM di superficie à ̈ una bobina di volume, ad esempio cilindrica o ellittica. Alcuni esempi di bobine di volume sono descritti nella domanda italiana di brevetto RM2007A000584. In accordo ad una forma di realizzazione, la bobina di volume 100 dell’apparato 300, à ̈ di tipo sostanzialmente simile agli esempi di bobina descritti nella suddetta domanda italiana di brevetto RM2007A000584 che à ̈ qui incorporata come riferimento.

Nel particolare esempio descritto l’apparato 300 comprende una sola bobina 100. In altre forme di realizzazione l’apparato 300 può comprendere più di una bobina 300.

La bobina a radiofrequenza 100 comprende una pluralità di elementi di corrente 20, 21, 22. Nel particolare esempio descritto la bobina a radiofrequenza 100 comprende tre elementi di corrente 20, 21, 222 ma à ̈ chiaro che tale numero non à ̈ limitativo e gli insegnamenti della presente descrizione sono applicabili a bobine aventi in genere una pluralità di elementi di corrente.

In accordo ad una forma di realizzazione, la bobina a radiofrequenza 100 à ̈ utilizzata esclusivamente in trasmissione ed à ̈ adatta a trasmettere segnali a radiofrequenza adatti ad eccitare il campione 50. In questo caso il sistema 250 à ̈ un sistema di trasmissione o meglio di alimentazione della bobina ed à ̈ adatto a fornire alla bobina segnali di alimentazione S0, S1, S2 tali per cui la bobina 100 possa irradiare segnali a radiofrequenza adatti ad eccitare il campione 50 da analizzare. In questo caso dovrà essere prevista un’altra bobina a radio frequenza per rilevare i segnali di risonanza magnetica ed un sistema di acquisizione collegato a quest’ultima bobina.

Inoltre nella suddetta forma di realizzazione in cui la bobina 100 Ã ̈ utilizzata in trasmissione, il sistema di alimentazione 250 fornisce in uscita i segnali di eccitazione S0, S1, S2 e comprende un sistema di generazione di impulsi a radiofrequenza opportunamente modulati ed un sistema di amplificazione di potenza di tali impulsi adatto ad applicare tali segnali di eccitazione S0, S1, S2 a ciascun elemento di corrente 20, 21, 22 della bobina 100.

In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione la bobina a radiofrequenza 100 à ̈ utilizzata esclusivamente in ricezione ed à ̈ adatta a fornire in uscita segnali di risonanza magnetica S0, S1, S2 rilevati. In questo caso il sistema 250 à ̈ un sistema di acquisizione ed à ̈ adatto a ricevere dalla bobina 100 segnali di alimentazione S0, S1, S2. In questo caso dovrà essere prevista un’altra bobina a radiofrequenza da impiegarsi in trasmissione ed un sistema di alimentazione collegato a quest’ultima bobina.

In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione la bobina a radiofrequenza 100 Ã ̈ impiegata sia in trasmissione e sia in ricezione. In questo caso il sistema 250 Ã ̈ un sistema di alimentazione della bobina e di acquisizione dei dati di risonanza magnetica.

D’ora in avanti per semplicità di descrizione si farà riferimento al caso in cui la bobina a radiofrequenza 100 sia esclusivamente utilizzata in ricezione ed il sistema 250 sia una unità di acquisizione.

Inoltre, d’ora in poi nella presente descrizione si farà riferimento al particolare esempio di bobina a radiofrequenza 100 rappresentato nelle figure 2 e 3, senza per questo motivo introdurre alcuna limitazione. Tale bobina a radiofrequenza 100 comprende in particolare tre elementi di corrente di cui uno centrale 22 e due laterali 20, 21 ciascuno realizzato nella forma di una microstriscia di materiale conduttivo fissata ad un primo substrato di materiale dielettrico 30, ad esempio depositata su una faccia del primo substrato 30. Gli elementi di corrente 20, 21, 22 sono opportunamente distanziati da un piano di massa comune 32, nell’esempio fissato ad un secondo substrato 31 distanziato dal primo substrato 30, ad esempio depositato su una faccia del secondo substrato 31. I due substrati 30, 31 sono separati fra loro da elementi distanziatori 33.

Il piano di massa 32 può essere depositato in modo continuo sul substrato 31, come rappresentato in figura 2, oppure può presentare delle discontinuità lungo la direzione longitudinale Y, discontinuità che possono essere opportunamente collegate fra loro da componenti elettrici opportuni, quali a titolo di esempio condensatori.

La bobina a radio frequenza 100 presenta una riposta in frequenza comprendente una pluralità di modi risonanti ciascuno associabile, congiuntamente o disgiuntamente dagli altri, ad una rispettiva frequenza di interesse in funzione delle caratteristiche elettriche degli elementi di corrente 20, 21, 22 e chiaramente anche dai materiali dielettrici dei substrati 30, 31, dalla distanza fra tali substrati e dalle caratteristiche del piano di massa 32.

Gli elementi di corrente 20, 21, 22 comprendono almeno un elemento di corrente avente caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2.

Con riferimento alla figura 3, nel particolare esempio rappresentato, tutti e tre gli elementi di corrente 20, 21, 22 hanno caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2. In forme di realizzazione alternative à ̈ possibile prevedere che solo uno degli elementi di corrente 20, 21, 22 o solo alcuni di tali elementi di corrente abbiano caratteristiche elettriche regolabili. Nello specifico esempio delle figure 2 e 3, ciascuno degli elementi di corrente 20, 21, 22 à ̈ in particolare collegato al piano di massa comune 32 tramite un condensatore a capacità fissa C0, C1, C2 e tramite un condensatore a capacità controllabile CV0, CV1, CV2 in base ad un segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2. Per questo motivo gli elementi di corrente 20, 21, 22 hanno caratteristiche elettriche regolabili tramite rispettivi segnali di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2. Ad esempio i tre condensatori a capacità variabile CV0, CV1 e CV2 sono dei varicap e sono controllabili da un rispettivo segnale di controllo nella forma di una tensione di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2, sintetizzata e fornita in uscita da una unità di controllo 200. In accordo ad una forma di realizzazione l’unità di controllo 200 à ̈ integrata nell’unità di acquisizione 250.

In accordo ad una forma di realizzazione, la suddetta unità di controllo 200 à ̈ programmata per sintetizzare i segnali di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2 in base ad un controllo di tipo retroattivo.

In accordo ad una forma di realizzazione, l’unità di acquisizione 250 comprende almeno un preamplificatore, non mostrato nelle figure, previsto per amplificare i segnali di risonanza magnetica S0, S1, S2, almeno un convertitore analogico digitale, non mostrato nelle figure, previsto per convertire i segnali di risonanza magnetica acquisiti S0, S1, S2 in campioni digitali e comprende inoltre una unità di memorizzazione, non mostrata nelle figure, adatta a memorizzare i suddetti campioni digitali. In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione l’unità di acquisizione 250 comprende inoltre una unità di elaborazione dei suddetti campioni digitali.

La bobina a radiofrequenza 100 del particolare esempio descritto presenta tre modi risonanti M1, M2, M3 potenzialmente utili per le analisi o indagini a risonanza magnetica sul campione 50. Tali modi M1, M2, M3 presentano, nello spazio tridimensionale, distribuzioni spaziali di campo fra loro differenti. La figura 4a mostra la distribuzione spaziale di campo F_M1 nel piano trasversale X-Z del primo modo di risonanza M1 della bobina a risonanza magnetica 100. La figura 4b mostra la distribuzione spaziale di campo F_M2 nel piano trasversale X-Z del secondo modo di risonanza M2 della bobina a risonanza magnetica 100. La figura 4c mostra la distribuzione spaziale di campo F_M3 nel piano trasversale X-Z del terzo modo di risonanza M3 della bobina a risonanza magnetica 100. In base alle caratteristiche elettriche regolabili degli elementi di corrente 20, 21, 22 i suddetti tre modi di risonanza sono associabili a rispettive frequenze di risonanza f1, f2, f3.

In accordo ad una forma di realizzazione, la pluralità di modi risonanti M1, M2, M3 comprende un primo gruppo G1 di modi risonanti M1, M2 (ad esempio comprendente due modi) associabile ad una frequenza di risonanza relativamente inferiore ed un secondo gruppo G2 di modi risonanti M3 (ad esempio comprendente un solo modo M3) associabile ad una frequenza di risonanza relativamente maggiore.

Nella particolare forma di realizzazione in cui la bobina 100 à ̈ una bobina a tre elementi di corrente 20, 21, 22, à ̈ stata ad esempio realizzata una bobina a radiofrequenza 100 avente un piano di massa 32 di 19 cm x 10 cm, con elementi di corrente a microstriscia 20, 21, 22 aventi una lunghezza di 19 cm, una larghezza di circa 1 cm per l’elemento 22 e 0,5 cm per gli elementi 20, 21 e disposti a circa 1 cm di distanza fra loro e disposti a 5 cm dal piano di massa 32. I due elementi di corrente laterali 20, 21 tramite i rispettivi segnali di controllo S_CV0, S_CV1 possono essere configurati per produrre due frequenze di risonanza f1 ed f2 (f1<f2) relativamente inferiori, mentre quello centrale può essere configurato per essere sintonizzato ad una frequenza di risonanza f3 (f2<f3) relativamente superiore rispetto alle frequenze f1, f2. Ad esempio, il primo modo M1 à ̈ utilizzato per rilevare il segnale del nucleo X, ad esempio il sodio, il secondo modo M2 non à ̈ utilizzato, ed il terzo modo M3 à ̈ utilizzato per rilevare il segnale del protone 1H. Ad esempio, se consideriamo un alto campo magnetico B0pari a 9.4T, e se i nuclei di interesse sono sodio e protone, si avrà, per le frequenze di ciascun modo, f1=105 MHz (rivelazione sodio 23Na), f2=126 MHz (non utilizzato), f3H=400 MHz (rivelazione sodio 1H). Nelle tecniche di risonanza magnetica dello stato dell’arte il modo M2 à ̈ considerato spurio, e non à ̈ utilizzato ai fini della rivelazione del segnale di risonanza magnetica.

Vantaggiosamente, l’unità di controllo 200, tramite i segnali di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2 consente di regolare le caratteristiche elettriche degli elementi di corrente 20-22, in modo da configurare la bobina a radiofrequenza 100 in tempi relativamente brevi (ad esempio dell’ordine di un microsecondo) in modo da poter effettuare due acquisizioni sequenziali (o una acquisizione suddivisa in due sotto-acquisizioni consecutive) tali per cui:

- in una prima acquisizione (o in una prima sottoacquisizione) il primo modo M1 à ̈ caratterizzato da una frequenza di risonanza f1 sintonizzata tramite l’unità di controllo 200 ad prima frequenza di interesse ad esempio utile per captare il segnale del nucleo X, ad esempio del sodio, il secondo modo M2 non à ̈ utilizzato, ed il terzo modo M3 à ̈ caratterizzato da una frequenza di risonanza f3 sintonizzata tramite l’unità di controllo 200 ad una seconda frequenza di interesse ad esempio utile per captare il segnale del protone 1H;

- in una seconda acquisizione (o in una seconda sottoacquisizione) il primo modo M1 non à ̈ utilizzato, mentre gli elementi di corrente sono regolati in modo tale che il secondo modo M2 à ̈ caratterizzato da una frequenza di risonanza f2 sintonizzata tramite l’unità di controllo 200 alla suddetta prima frequenza di interesse (nell’esempio la frequenza di Larmor utile per captare il segnale del nucleo X, nell’esempio del sodio), il terzo modo M3 à ̈ caratterizzato da una frequenza di risonanza f3 sintonizzata tramite l’unità di controllo 200 a una seconda frequenza di interesse ad esempio utile per captare il segnale del protone 1H.

L’unità di controllo 200 consente dunque di effettuare una selezione sequenziale dei modi risonanti associati ad una stessa frequenza di interesse, con tempi di commutazione rapidi a piacere.

I segnali sequenzialmente acquisiti nelle due suddette acquisizioni possono ad esempio essere convertiti in campioni digitali dall’unità di acquisizione 250 e memorizzati nell’unità di memoria. Le acquisizioni relative alla prima frequenza di interesse effettuate utilizzando i modi M1 ed M2 possono essere successivamente confrontate fra loro per capire quale distribuzione di campo à ̈ più utile per l’analisi in questione o possono essere combinate fra loro, ad esempio tramite elaborazione digitale, per avere informazioni di risonanza più complete rispetto ad informazioni acquisite utilizzando un solo modo risonante per captare una frequenza di risonanza di interesse.

Nell’esempio sopra descritto il terzo modo M3 à ̈ utilizzato per una acquisizione simultanea di una ulteriore frequenza di interesse (nell’esempio relativamente elevata) in entrambe le suddette due acquisizioni. Chiaramente, à ̈ possibile configurare la bobina a radiofrequenza 100 tramite l’unità di controllo 200 in modo che in una delle due suddette acquisizioni il modo risonante M3 non sia utilizzato. In una ulteriore forma di realizzazione, l’acquisizione simultanea di una ulteriore frequenza di interesse utilizzando un modo risonante fisso oltre a quella che forma oggetto delle due acquisizioni sequenziali con modi con distribuzione spaziale differente può non essere prevista.

In generale, al di là dello specifico caso esemplificato sopra descritto à ̈ anche possibile prevedere che l’unità di controllo 200 sia adatta/programmata per configurare la bobina a radiofrequenza 100 per effettuare tramite l’apparato 300 acquisizioni sequenziali di una stessa frequenza di interesse utilizzando più di due modi di risonanza della bobina 100 disponibili per acquisire detta frequenza, variando detti modi ad ogni acquisizione. Per ciascuna delle frequenze di interesse tali modi risonanti disponibili dipendono dalle caratteristiche della bobina a radiofrequenza 100 e possono essere anche più di due, ad esempio tre, quattro, etc.

Inoltre, à ̈ possibile che in ciascuna delle suddette acquisizioni sequenziali ad ogni passo siano acquisite simultaneamente due (o più) frequenze di interesse, variando ad ogni acquisizione successiva i rispettivi modi risonanti associati di volta in volta alle frequenze di interesse.

Con riferimento alla figura 1, sarà ora descritto un metodo di acquisizione 10 di dati di risonanza magnetica da un campione 50 da analizzare. Il metodo che sarà descritto sarà in particolare limitato al caso specifico in cui la bobina 100 à ̈ impiegata in ricezione senza per questo introdurre alcuna limitazione relativamente all’impiego della bobina in trasmissione o sia in trasmissione e sia in ricezione.

Il metodo di acquisizione 10 comprende una fase 1 di disporre il campione 50 da analizzare in prossimità della bobina a radiofrequenza 100. Come già descritto in precedenza, la bobina 100 in questo caso à ̈ adatta a rilevare dal campione segnali di risonanza magnetica e comprende una pluralità di elementi di corrente 20,21,22. La bobina 100 presenta una riposta in frequenza comprendente una pluralità di modi risonanti M1, M2, M3 ciascuno associabile ad una rispettiva frequenza risonante f1, f2, f3 dipendente dalle caratteristiche elettriche degli elementi di corrente 20,21,22. Gli elementi di corrente 20,21,22 comprendono almeno un elemento di corrente avente caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2.

Il metodo di acquisizione 10 comprende una prima fase di sintetizzare 2 tramite l’unità di controllo 200 un primo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2 e di fornire detto segnale al suddetto almeno un elemento di corrente 20,21,22 con caratteristiche elettriche regolabili per regolarne tali caratteristiche in modo che la bobina 100 assuma una prima configurazione tale per cui almeno un primo modo risonante M1 della bobina sia sintonizzato su una prima frequenza risonante di interesse. In accordo ad una forma di realizzazione tale frequenza di interesse à ̈ la frequenza di Larmor del nucleo di un elemento chimico diverso dall’idrogeno 1H, ad esempio di uno dei seguenti elementi chimici: 13C, 17O, 19F, 23Na, 31P, 39K.

Il metodo di acquisizione 10 comprende, dopo detta prima fase di sintetizzare 2, una prima fase 3 di acquisire, in questo esempio tramite la bobina 100 in detta prima configurazione, un primo segnale di risonanza magnetica S0, S1, S2 dal detto campione (50).

Il metodo di acquisizione 10 comprende inoltre, dopo detta fase di acquisire 3, una seconda fase di sintetizzare 4 tramite l’unità di controllo 200 un secondo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2 e fornire detto secondo segnale a detto almeno un elemento di corrente 20, 21, 22 per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che la bobina 100 assuma una seconda configurazione tale per cui un secondo modo risonante M2 della bobina sia sintonizzato su detta prima frequenza risonante di interesse. Il secondo modo risonante M2 à ̈ caratterizzato da una distribuzione spaziale di campo diversa dalla distribuzione spaziale del primo modo risonante M1.

Il metodo di acquisizione 10 comprende inoltre, dopo detta seconda fase di sintetizzare 4, una seconda fase di acquisire 5, in questo esempio tramite la bobina 100 in detta seconda configurazione, un secondo segnale di risonanza magnetica S0, S1, S2 dal campione 50.

In accordo ad una forma di realizzazione, il metodo di acquisizione 10 comprende inoltre una fase di elaborazione 8 per ottenere dati di risonanza magnetica del campione 50, ad esempio integrando o combinando o confrontando fra loro, informazioni recate dai suddetti primo e secondo segnale di risonanza magnetica.

In accordo ad una forma di realizzazione, le fasi di sintetizzare e di fornire 2 e 4 sono effettuate automaticamente dall’unità di controllo 200 in base ad un controllo in retroazione.

In accordo ad una forma di realizzazione, ciascuna delle suddette fasi di acquisire 3 e 5 comprende:

- una operazione di effettuare una conversione da analogico a digitale del rispettivo segnale di risonanza magnetica per ottenere una pluralità di campioni digitali;

- una operazione di memorizzare detta pluralità di campioni digitali. Ad esempio, tali operazioni sono effettuate tramite l’unità di acquisizione 250.

Come già descritto in precedenza, in accordo ad una forma di realizzazione l’almeno un elemento di corrente 20,21,22 avente caratteristiche elettriche regolabili in base al rispettivo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2, comprende una pluralità di elementi di corrente aventi caratteristiche regolabili in base a rispettivi segnali elettrici di controllo. In questo caso, le suddette fasi 2 e 4 di sintetizzare il primo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2 ed il secondo segnale di controllo S_CV0, S_CV1, S_CV2 sono tali da sintetizzare rispettivamente una prima pluralità di segnali di controllo ed una seconda pluralità di segnali di controllo da fornirsi sequenzialmente alla pluralità di elementi di corrente 20,21,22 rispettivamente nella prima 3 e nella seconda 5 fase di acquisizione per effettuare rispettivamente l’acquisizione del primo e del secondo segnale di risonanza magnetica.

Come già descritto in precedenza, in accordo ad una forma di realizzazione la pluralità di modi risonanti comprende un primo gruppo G1 di modi risonanti M1, M2 adatti a risuonare ad una frequenza relativamente inferiore ed un secondo gruppo G2 di modi risonanti M3 destinati a risuonare ad una frequenza relativamente maggiore. In accordo ad una forma di realizzazione, il primo M1 e secondo modo M2 appartengono in questo caso al primo gruppo di modi risonanti. Ad esempio, il primo modo M1 ed il secondo modo M2 sono entrambi sintonizzati, rispettivamente nella prima e nella seconda fase di acquisire, in modo che la loro frequenza di risonanza sia accordata alla frequenza di Larmor del nucleo di un elemento chimico diverso dall’idrogeno 1H, ad esempio di uno dei seguenti elementi chimici: 13C, 17O, 19F, 23Na, 31P, 39K. Inoltre, in accordo ad una forma di realizzazione, in una o entrambe le fasi di acquisire 3 e 5 à ̈ possibile effettuare una acquisizione simultanea multipla, ad esempio nel caso in cui la bobina 100 presenti una risposta in frequenza tale per cui un terzo modo risonante M3 del secondo gruppo à ̈ accordato ad una seconda frequenza di interesse. Ad esempio, la seconda frequenza di interesse à ̈ la frequenza di Larmor dell’idrogeno 1H.

Nel caso in cui la bobina 100 presenti più di due modi risonanti M1, M2 associabili ad una frequenza di interesse tramite l’unità di controllo 200, à ̈ possibile prevedere nel metodo di acquisizione 10:

- almeno una ulteriore fase 6 di sintetizzare tramite l’unità di controllo 200 un ulteriore segnale di controllo e fornire detto ulteriore segnale a detto almeno un elemento di corrente per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che la bobina 100 assuma una rispettiva ulteriore configurazione tale per cui un ulteriore modo risonante della bobina sia sintonizzato su detta prima frequenza risonante di interesse, l’ulteriore modo risonante essendo caratterizzato da una distribuzione spaziale di campo diversa dalle distribuzioni spaziali del primo e del secondo modo risonante;

- almeno una ulteriore fase 7 di acquisire, in questo esempio tramite la bobina 100 in detta ulteriore configurazione, un ulteriore segnale di risonanza magnetica dal campione 50.

Dalla descrizione appena fatta à ̈ possibile comprendere come un metodo ed un apparato di acquisizione a risonanza magnetica come sopra descritti siano tali da raggiungere pienamente gli scopi prefissi.

Con un metodo ed un apparato di risonanza magnetica come sopra descritti à ̈ infatti ad esempio possibile utilizzare vantaggiosamente in modo sequenziale, con rapidissimi tempi di commutazione, anche tutti i modi di risonanza a bassa frequenza per la rivelazione del segnale di risonanza magnetica del nucleo X, ed anche tutti i modi a frequenza alta per il segnale del protone. Ciò permette di regolare a piacere il campo di vista (FOV) da cui ricevere il segnale del campione in esame (o per trasmettere gli impulsi a radiofrequenza), con vantaggi sia nella capacità di selezione spaziale sia nell’aumento del rapporto segnale disturbo misurabile in una particolare regione spaziale del campione. L’approccio descritto si presta anche alla realizzazione di dispositivi con un FOV allargato rispetto a quanto attualmente ottenibile in base alle metodologie della tecnica nota, dato che combinando il segnale di più modi diversi à ̈ possibile incrementare il campo di vista dell’esame in corso senza dover muovere il campione e/o il ricevitore.

Si osservi che il metodo e l’apparato sopra descritti sono particolarmente vantaggiosi nel caso in cui la bobina a radio-frequenza abbia una configurazione TEM aperta, planare o quasi planare, che permette un facile accesso del campione in esame, e ciò à ̈ particolarmente utile in applicazioni cliniche. Infatti, per le suddette configurazioni, le bobine a radiofrequenza, soprattutto se a frequenza multiple, presentano tipicamente dei FOV ridotti per ogni modo ed una non perfetta corrispondenza spaziale tra i FOV relativi al nucleo principale e quelli relativi ai nuclei secondari (nel caso in cui siano più di uno). Con la commutazione rapida e sequenziale tra i modi risonanti à ̈ possibile superare tali limitazioni ed ottenere informazioni riguardanti più nuclei relativamente alla stessa regione di interesse.

Un ulteriore vantaggio dell’approccio sopra descritto à ̈ dato dalla possibilità di utilizzare i differenti modi relativi ad una stessa frequenza di interesse anche in modalità di trasmissione degli impulsi a radiofrequenza, dunque impiegando la bobina a radiofrequenza 100 in trasmissione, permettendo perciò di implementare una variante della modalità descritta in letteratura come imaging parallelo in trasmissione (transmit SENSE). Infatti, seguendo l’approccio sopra descritto à ̈ possibile utilizzare i vari modi relativi sequenzialmente accordati ad una stessa frequenza di interesse come se fossero bobine distinte che trasmettono il loro segnale in rapida successione. Ciò permette ad esempio di ridurre gli artefatti dovuti alle disomogeneità a radiofrequenza, presenti ad alto campo quando si esaminano campioni biologici.

Ovviamente, ad un metodo ed un apparato a risonanza magnetica come sopra descritti un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell’ambito di protezione dell’invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (23)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo (10) di acquisizione di dati di risonanza magnetica da un campione (50) da analizzare comprendente: - una fase di disporre (1) il campione (50) in prossimità di almeno una bobina a radiofrequenza (100), detta almeno una bobina (100) essendo adatta a trasmettere segnali a radiofrequenza adatti ad eccitare detto campione e/o rilevare dal campione (50) segnali di risonanza magnetica, la bobina (100) comprendendo una pluralità di elementi di corrente (20,21,22) e presentando una risposta in frequenza comprendente una pluralità di modi risonanti (M1, M2, M3) ciascuno associabile ad una rispettiva frequenza risonante (f1,f2,f3) dipendente da caratteristiche elettriche degli elementi di corrente (20,21,22), gli elementi di corrente (20,21,22) comprendendo almeno un elemento di corrente avente caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2); - una prima fase di sintetizzare (2) tramite una unità di controllo (200) un primo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2) e fornire detto segnale a detto almeno un elemento di corrente (20,21,22) per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che l’almeno una bobina (100) assuma una prima configurazione tale che la frequenza di risonanza di almeno un primo modo risonante (M1) della bobina sia sintonizzata su una prima frequenza di interesse; - una prima fase di acquisire (3), utilizzando la bobina (100) in trasmissione e/o in ricezione, un primo segnale di risonanza magnetica (S0, S1, S2) dal campione (50); - una seconda fase di sintetizzare (4) tramite l’unità di controllo (200) un secondo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2) e fornire detto secondo segnale a detto almeno un elemento di corrente (20, 21, 22) per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che l’almeno una bobina (100) assuma una seconda configurazione tale per cui la frequenza di risonanza di un secondo modo risonante (M2) della bobina sia sintonizzata su detta prima frequenza risonante di interesse, il secondo modo risonante (M2) essendo caratterizzato da una distribuzione spaziale di campo diversa da una distribuzione spaziale del primo modo risonante (M1); - una seconda fase di acquisire (5), utilizzando la bobina (100) in trasmissione e/o in ricezione, un secondo segnale di risonanza magnetica (S0, S1, S2) dal campione (50).
2. 2. Metodo di acquisizione (10) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una fase (8) di ottenere dati di risonanza magnetica del campione (50) integrando o combinando o confrontando informazioni recate da detto primo (S0, S1, S2) e detto secondo (S0, S1, S2) segnale di risonanza magnetica.
3. 3. Metodo di acquisizione (10) secondo la rivendicazione 2, in cui ciascuna delle fasi di acquisire (3,5) comprende: - una operazione di effettuare una conversione da analogico a digitale del rispettivo segnale di risonanza magnetica per ottenere una pluralità di campioni digitali; - una operazione di memorizzare detta pluralità di campioni digitali.
4. 4. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto almeno un elemento di corrente (20, 21, 22) avente caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2), comprende una pluralità di elementi di corrente aventi caratteristiche regolabili in base a rispettivi segnali elettrici di controllo, ed in cui le fasi (2,4) di sintetizzare il primo ed il secondo segnale di controllo sono tali da sintetizzare rispettivamente una prima pluralità di segnali di controllo ed una seconda pluralità di segnali di controllo da fornirsi sequenzialmente a detta pluralità di elementi di corrente per effettuare rispettivamente l’acquisizione del primo e del secondo segnale di risonanza magnetica.
5. 5. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la pluralità di modi risonanti comprende un primo gruppo di modi risonanti (M1, M2) adatti a risuonare ad una frequenza di interesse relativamente inferiore ed un secondo gruppo di modi risonanti (M3) destinati a risuonare ad una frequenza di interesse relativamente superiore, ed in cui detto primo e secondo modo appartengono al primo gruppo di modi risonanti.
6. 6. Metodo di acquisizione (10) secondo la rivendicazione 5, in cui nella prima e nella seconda configurazione l’almeno una bobina presenta una risposta in frequenza tale per cui un terzo modo risonante (M3) di detto secondo gruppo à ̈ accordato ad una seconda frequenza di interesse.
7. 7. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la prima frequenza di interesse à ̈ la frequenza di Larmor del nucleo di un elemento chimico diverso dall’idrogeno 1H.
8. 8. Metodo di acquisizione (10) secondo le rivendicazioni 6 e 7, in cui detta seconda frequenza di interesse à ̈ la frequenza di Larmor dell’idrogeno 1H.
9. 9. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre dopo la seconda fase di acquisire (5): - almeno una ulteriore fase di sintetizzare tramite l’unità di controllo (200) un terzo segnale di controllo e fornire detto terzo segnale a detto almeno un elemento di corrente (20,21,22) per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che la bobina a radiofrequenza (100) assuma una rispettiva ulteriore configurazione tale per cui un ulteriore modo risonante della bobina sia sintonizzato su detta prima frequenza risonante di interesse, l’ulteriore modo risonante essendo caratterizzato da una distribuzione spaziale di campo diversa dalle distribuzione spaziali del primo (M1) e del secondo (M2) modo risonante; - almeno una ulteriore fase di acquisire in detta ulteriore configurazione un ulteriore segnale di risonanza magnetica dal campione (50).
10. 10. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui dette fasi di sintetizzare e di fornire (2,4) sono effettuate automaticamente dall’unità di controllo (200) in base ad un controllo in retroazione.
11. 11. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la bobina a radiofrequenza (100) Ã ̈ una bobina di superficie.
12. 12. Metodo di acquisizione (10) secondo la rivendicazione 11, in cui la bobina a radiofrequenza (100) Ã ̈ una bobina di volume.
13. 13. Metodo di acquisizione (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto almeno un elemento di corrente (20,21,22) comprende almeno una capacità regolabile (CV0, CV1, CV2) in base al segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2).
14. 14. Apparato (300) di acquisizione di dati di risonanza magnetica da un campione (50) da analizzare comprendente: - almeno una bobina a radiofrequenza (100), la bobina (100) essendo adatta a rilevare dal campione (50) segnali di risonanza magnetica, la bobina (100) comprendendo una pluralità di elementi di corrente (20,21,22) e presentando una risposta in frequenza comprendente una pluralità di modi risonanti (M1, M2, M3) ciascuno associabile ad una rispettiva frequenza risonante (f1,f2,f3) dipendente da caratteristiche elettriche degli elementi di corrente (20,21,22), gli elementi di corrente (20,21,22) comprendendo almeno un elemento di corrente avente caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2), - una unità di controllo (200) programmata per sintetizzare (2) un primo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2) e fornire detto segnale a detto almeno un elemento di corrente (20,21,22) per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che l’almeno una bobina (100) assuma una prima configurazione tale che la frequenza di risonanza di almeno un primo modo risonante (M1) della bobina sia sintonizzata su una prima frequenza di interesse, per consentire all’apparato di acquisire (3), tramite la bobina (100) in detta prima configurazione ed impiegata in trasmissione e/o in ricezione, un primo segnale di risonanza magnetica (S0, S1, S2) dal campione (50); in cui detta unità di controllo (200) à ̈ programmata per sintetizzare anche un secondo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2) e fornire detto secondo segnale a detto almeno un elemento di corrente (20, 21, 22) per regolarne le caratteristiche elettriche in modo che la bobina (100) assuma una seconda configurazione tale per cui la frequenza di risonanza di un secondo modo risonante (M2) della bobina sia sintonizzata su detta prima frequenza risonante di interesse, per consentire all’apparato di acquisire (5), tramite la bobina (100) in detta seconda configurazione ed impiegata in trasmissione e/o in ricezione, un secondo segnale di risonanza magnetica (S0, S1, S2) dal campione (50), il secondo modo risonante (M2) essendo caratterizzato da una distribuzione spaziale di campo diversa da una distribuzione spaziale del primo modo risonante (M1).
15. 15. Apparato (300) secondo la rivendicazione 14, in cui l’apparato consente di ottenere dati di risonanza magnetica del campione (50) integrando o combinando o confrontando informazioni recate da detto primo e detto secondo (S0, S1, S2) segnale di risonanza magnetica acquisiti.
16. 16. Apparato (300) secondo le rivendicazioni 14 e 15, in cui l’apparato comprende: - un convertitore analogico digitale adatto ad effettuare una conversione da analogico a digitale di detti segnali di risonanza magnetica acquisiti per ottenere una pluralità di campioni digitali; - una unità di memoria adatta a memorizzare detta pluralità di campioni digitali.
17. 17. Apparato (300) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 16, in cui detto almeno un elemento di corrente (20, 21, 22) avente caratteristiche elettriche regolabili in base ad un rispettivo segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2), comprende una pluralità di elementi di corrente aventi caratteristiche regolabili in base a rispettivi segnali elettrici di controllo, ed in cui l’unità di controllo à ̈ tale da sintetizzare rispettivamente una prima pluralità di segnali di controllo ed una seconda pluralità di segnali di controllo da fornirsi sequenzialmente alla pluralità di elementi di corrente per consentire all’apparato di effettuare rispettivamente l’acquisizione del primo e del secondo segnale di risonanza magnetica.
18. 18. Apparato (300) secondo la rivendicazione 14, in cui la pluralità di modi risonanti comprende un primo gruppo di modi risonanti (M1, M2) adatti a risuonare ad una frequenza relativamente inferiore ed un secondo gruppo di modi risonanti (M3) destinati a risuonare ad una frequenza relativamente superiore, ed in cui detto primo e secondo modo appartengono al primo gruppo di modi risonanti.
19. 19. Apparato (300) secondo la rivendicazione 14, in cui l’unità di controllo (200) à ̈ tale da sintetizzare detto primo e secondo segnale in base ad un controllo in retroazione.
20. 20. Apparato (300) secondo la rivendicazione 14, in cui la bobina a radiofrequenza (100) Ã ̈ una bobina di superficie aperta.
21. 21. Apparato (300) secondo la rivendicazione 14, in cui la bobina a radiofrequenza (100) Ã ̈ una bobina di volume.
22. 22. Apparato (300) secondo la rivendicazione 14, in cui detto almeno un elemento di corrente (20,21,22) comprende almeno una capacità regolabile (CV0, CV1, CV2) in base a detto segnale di controllo (S_CV0, S_CV1, S_CV2).
23. 23. Apparato (300) secondo la rivendicazione 22, in cui detta capacità regolabile comprende un varicap, ed in cui detto segnale di controllo à ̈ un segnale di controllo in tensione.