RF АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МНОГОЯДЕРНОГО MR ИЗОБРАЖЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ ПАРАЛЛЕЛЬНУЮ MRI Российский патент 2015 года по МПК G01R33/3415 

Изобретение относится к многоядерному радиочастотному (RF) антенному устройству для использования в многоядерной системе MRI (магнитно-резонансной томографии) или в MR (магнитно-резонансном) сканере, для передачи сигналов возбуждения RF (поле B₁) для возбуждения ядерных магнитных резонансов (NMR), и/или для приема сигналов релаксации NMR, при этом RF антенное устройство настраивается на ларморовские частоты, по меньшей мере, двух разных видов ядер, имеющих, по меньшей мере, два разных гиромагнитных отношения (т.е. «многоядерность»), как ¹H, ¹⁴N, ³¹P, ¹³C, ²³Na, ³⁹K, ¹⁷O и гиперполяризованные газы, такие как ¹²⁹Xe, или другие изотопы, имеющие ядерный спин. Дополнительно, изобретение относится к блоку восстановления MR изображения, содержащему такое RF антенное устройство, для использования в многоядерной системе MRI или MR сканере, для восстановления многоядерного MR изображения. Наконец, изобретение относится к способу для восстановления многоядерного MR изображения особенно посредством вышеописанного RF антенного устройства, и многоядерной системе MRI или MR сканеру, содержащему вышеописанное RF антенное устройство и/или блок восстановления MR изображения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В системе MRI или MR сканере, объект обследования, обычно пациент, подвергается однородному главному магнитному полю (полю B₀), так что магнитные моменты ядер внутри объекта обследования стремятся вращаться вокруг оси приложенного поля B₀ (ларморовская прецессия) с некоторой результирующей намагниченностью всех ядер, параллельных полю B₀. Частота прецессии называется ларморовской частотой, которая зависит от конкретных физических характеристик рассматриваемых ядер, именно их гиромагнитного отношения, и силы приложенного поля B₀. Гиромагнитное отношение является отношением между магнитным моментом и спином ядра.

Посредством передачи RF импульса возбуждения (поле B₁), который является ортогональным к полю B₀, сгенерированного посредством передающей RF антенны, и сопоставления ларморовской частоты ядер интереса, спины ядер возбуждаются и приводятся в фазу, и получается отклонение их результирующей намагниченности от направления поля B₀, так что генерируется поперечный компонент в отношении к продольному компоненту результирующей намагниченности.

После прекращения RF импульса возбуждения начинаются процессы релаксации продольных и поперечных компонентов результирующей намагниченности, до тех пор, когда результирующая намагниченность возвращается к своему равновесному состоянию. MR сигналы релаксации, которые испускаются посредством поперечного процесса релаксации, обнаруживаются посредством приемной MR/RF антенны.

Принятые сигналы, которые являются основанными на времени амплитудными сигналами, преобразуются по Фурье в основанные на частоте спектральные MR сигналы и обрабатываются для генерирования MR изображения ядер интереса внутри объекта обследования. Чтобы получить пространственный выбор среза или объема внутри объекта обследования и пространственное кодирование принятых MR сигналов, излучаемых из среза или объема интереса, на поле B₀ накладываются градиентные магнитные поля, имеющие такое же направление, что и поле B₀, но имеющие градиенты в ортогональных x-, y- и z-направлениях. Вследствие факта, что ларморовская частота зависит от силы магнитного поля, которое накладывается на ядра, ларморовская частота ядер соответственно уменьшается вдоль и с уменьшающимся градиентом (и наоборот) целого, наложенного поля B₀, так что посредством соответствующей настройки частоты переданного RF импульса возбуждения (и посредством соответственно настройки резонансной частоты приемной MR/RF антенны), и посредством соответственно управления градиентными полями может получаться выбор ядер внутри среза в некотором местоположении вдоль каждого градиента в x-, y- и z-направлении, и посредством этого, в целом, внутри некоторого воксела объекта.

Вышеописанные (передающая и/или приемная) RF антенны известны как в форме так называемых MR катушек для тела (также называемых катушки для всего тела), которые фиксированным образом устанавливаются внутри пространства обследования системы MRI для формирования изображений всего объекта обследования, и как так называемые поверхностные MR катушки, которые напрямую размещаются на локальной зоне или области, подлежащей обследованию, и которые конструируются, например, в форме гибких прокладок, или рукавов, или клеток (катушка для головы или катушка «птичья клетка»).

Что касается формы пространства обследования, то могут различаться два типа систем MRI или MR сканеров. Первый тип - это так называемая открытая система MRI (вертикальная система), которая содержит зону обследования, которая располагается между концами вертикальной установки типа C-рамы. Второй тип - это система MRI, также называемая осевая система MRI, которая содержит горизонтально расширяющееся трубчатое или цилиндрическое пространство обследования.

US 4799016 раскрывает двухчастотную поверхностную катушку NMR, имеющую первую цилиндрическую клетевую катушку, которая побуждается резонировать на нижней RF частоте, и вторую цилиндрическую клетевую катушку, которая побуждается резонировать на высокой RF частоте, при этом обе клетевые катушки окружают общую область интереса вдоль центральной оси, и нижняя RF частота является ларморовской частотой фосфора и высокая RF частота является ларморовской частотой водорода. Посредством этого, два отдельных сигнала NMR от двух разных видов ядер могут приниматься и отображаться для одного и того же объекта обследования. Статья 'A half-volume coil for efficient proton decoupling in humans at 4Tesla' автора G. Adriany и R. Gruetter в J. Magn.Res. 125(1997)178-184 упоминает высокочувствительную 13C катушку, так же как катушку эффективной протонной развязки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Магнитно-резонансная томография разных видов ядер, особенно протонов воды для формирования изображений ткани объекта обследования, вместе с другими ядрами, такими как ¹⁴N, ³¹P, ¹³C, ²³Na, ³⁹K, ¹⁷O, и гиперполяризованными газами, такими как ¹²⁹Xe, доказала, что является мощным средством для диагностирования повреждения тканей и наблюдения за жизнеспособностью и функционированием ткани. Например, формирование MR изображений натрия (²³Na) проявилось как подходящее средство для оценки потери клеточной целостности в человеческом мозге. Формирование MR изображений фосфора (³¹P) выявило возможность исследования костно-мышечного заболевания. Другие ядра, такие как фтор (¹⁹F), которые, по существу, не присутствуют в человеческом теле, могут использоваться как чувствительный маркер для микромолекул, медикаментов или стволовых клеток. В этих и других случаях одновременное формирование MR изображений, особенно стандартного MR изображения протона воды вместе с, по меньшей мере, одним из других вышеупомянутых конкретных ядер, является желательным для, например, навигации, коррекции перемещения и для преобразования распределения имеющих отношение конкретных ядер на анатомию пациента.

Однако гиромагнитные отношения («гамма») и, следовательно, ларморовские частоты вышеописанных ядер могут отличаться друг от друга большим масштабом. Согласно некоторым способам восстановления MR изображения, это может давать результатом разные поля обзора (FOV) для соответствующих MR изображений индивидуальных распределений ядер. При заданных силах главного и градиентного магнитных полей, кодированное FOV задается посредством отношения:

где G_P(t) обозначает переменное по времени градиентное магнитное поле фазового кодирования, T_P является полной продолжительностью приложенного градиентного магнитного поля фазового кодирования, и γ является гиромагнитным отношением соответствующего ядра. В одновременном многоядерном формировании MR изображений, все рассматриваемые ядра, по существу, подвергаются идентичным градиентным магнитным полям G_P(t). Поэтому, индивидуальное гиромагнитное отношение каждого рассматриваемого ядра дает результатом разное поле обзора (FOV).

Например, низкое гиромагнитное отношение, например, ²³Na дает результатом сравнительно большое FOV, тогда как высокое гиромагнитное отношение, например, ¹H дает результатом сравнительно маленькое FOV. Это имеет последствием, что в случае одновременного MR измерения или формирования изображений таких разных ядер («многоядерность») могут вводиться сильные артефакты заворота особенно в изображение ядер, имеющих высокое гиромагнитное отношение, особенно, если сравнительно более маленькое кодированное FOV является недостаточным, чтобы покрывать пространственную протяженность соответствующего распределения ядер в области интереса объекта в устройстве формирования MR изображений.

Одна задача, лежащая в основе изобретения, состоит в том, чтобы найти решение для этой проблемы, т.е. обеспечить возможность MR измерения или восстановления MR изображения видов ядер, имеющих разные гиромагнитные отношения («многоядерность»), но предпочтительно с использованием одних и тех же градиентных магнитных полей для всех ядер, без вызова нежелательных артефактов заворота для какого-либо из рассматриваемых ядер или других возмущений в общем MR изображении.

Другая задача, лежащая в основе изобретения, состоит в том, чтобы обеспечить RF антенное устройство и способ и блок для восстановления многоядерного MR изображения, посредством которых MR изображение может генерироваться одновременно для, по меньшей мере, двух разных видов ядер, имеющих разные гиромагнитные отношения, как иллюстративно упомянуто выше, без вызова нежелательных артефактов заворота в общем MR изображении.

Другая задача, лежащая в основе изобретения, состоит в том, чтобы обеспечить RF антенное устройство и способ, и блок для восстановления многоядерного MR изображения для одновременного генерирования MR изображения протонов воды и, по меньшей мере, одного из вышеупомянутых других видов ядер, без ввода нежелательных артефактов заворота ни в изображение протона воды, ни в изображение другого вида ядра.

Эти задачи решаются согласно пункту 1 формулы изобретения посредством многоядерного RF антенного устройства, содержащего первую антенну для передачи RF сигналов возбуждения для возбуждения магнитных резонансов и/или для приема MR сигналов релаксации из/от первого вида ядер, имеющих первое гиромагнитное отношение (γ_LO), и вторую антенну для передачи RF сигналов возбуждения для возбуждения магнитных резонансов и/или для приема MR сигналов релаксации из/от второго вида ядер, имеющих второе гиромагнитное отношение (γ_HI), при этом первое гиромагнитное отношение (γ_LO) является более низким, чем второе гиромагнитное отношение (γ_HI), и при этом первая антенна имеет первое количество (n_LO) антенных элементов и вторая антенна имеет второе количество (n_HI) антенных элементов, при этом эти антенные элементы каждый являются резонансными для имеющей отношение ларморовской частоты первого и второго видов ядер, соответственно, при этом отношение между вторым и первым количеством (n_HI/n_LO) является приблизительно равным или равным или большим, чем отношение между вторым и первым гиромагнитным отношением (γ_HI/γ_LO).

Посредством этого RF антенного устройства, RF сигналы возбуждения, которые передаются, и/или MR сигналы релаксации, которые принимаются, оба посредством второй антенны, являются кодированными с пространственной чувствительностью вследствие более большого количества антенных элементов второй антенны в отношении к первой антенне, так что, кратко, например, посредством восстановления MR изображения второго вида ядер посредством способа известного параллельного формирования изображений (кодирования с чувствительностью), поле обзора второй антенны может расширяться, по меньшей мере, по существу, до протяженности поля обзора первой антенны.

В общем, количество антенных элементов второй антенны является более большим, чем количество антенных элементов первой антенны, и антенные элементы второй антенны являются, по меньшей мере, по существу, пространственно распределенными в или всюду по области антенной характеристики или чувствительности первой антенны в целом, т.е. общей области антенной характеристики или чувствительности антенных элементов первой антенны, так что получается даже более разная информация о распределении имеющего отношение второго вида ядер внутри объекта обследования (или его области интереса) и соответственно увеличенный профиль (пространственной) чувствительности второй антенны. Область чувствительности рассматриваемой антенны является областью, из которой антенна (в режиме приемника) является чувствительной к сигналам магнитного резонанса. Наоборот, требуемое кодирование с пространственной чувствительностью переданных и/или принятых RF/сигналов может получаться посредством соответствующего пространственного распределения антенных элементов второй антенны в пространственном отношении к первой антенне. Также увеличенный размер или адаптированная форма антенных элементов второй антенны в отношении к размеру и форме антенных элементов первой антенны могут использоваться дополнительно к вышеописанному распределению, чтобы получать требуемый увеличенный профиль чувствительности второй антенны. Однако, предпочтительно, размеры и формы антенных элементов обоих антенн выбираются согласно предшествующему уровню техники для получения требуемых резонансных RF/характеристик. Профиль чувствительности описывает пространственную зависимость чувствительности антенны, т.е. уровень чувствительности антенны как функцию положения в области чувствительности.

Дополнительно, задачи решаются согласно пункту 11 формулы изобретения посредством способа для восстановления многоядерного MR изображения распределения первого и второго видов ядер в объекте обследования из MR сигналов релаксации, которые принимаются посредством вышеописанного RF антенного устройства, особенно посредством известного способа параллельного формирования изображений, такого как, например, SENSE auto-SENSE, SMASH, GRAPPA и т.д. В общем, параллельное формирование изображений включает в себя субдискретизацию k-пространства сканирования в обнаружении магнитного резонанса и развертывание наложенных сигналов на основе профилей чувствительности антенн. В этом случае, чтобы предотвращать артефакты заворота в сгенерированном MR изображении, особенно, если объект обследования или область интереса является более большой, чем результирующие поля обзора антенн, коэффициент параллельного формирования изображений R (т.е. степень субдискретизации) предпочтительно выбирается, чтобы быть равным или большим, чем отношение между вторым и первым гиромагнитным отношением (γ_HI/γ_LO). Наоборот, если объект обследования или область интереса является более маленькой, чем поля обзора антенн, коэффициент параллельного формирования изображений R также может выбираться, чтобы быть более маленьким, чем вышеописанное отношение. Следовательно, RF антенное устройство согласно изобретению предпочтительно используется в комбинации с блоком восстановления MR изображения для восстановления многоядерного MR изображения посредством технологии параллельного формирования изображений.

Согласно пункту 14 формулы изобретения, этот способ предпочтительно проводится посредством компьютерной программы.

Другое преимущество этих решений состоит в том, что одни и те же градиентные магнитные поля могут использоваться для всех видов ядер, так что обеспечивается одновременное формирование MR изображений всех видов ядер.

Зависимые пункты формулы изобретения раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Следует понимать, что признаки изобретения допускают комбинирование в любой комбинации без отхода от объема изобретения, как определено посредством сопровождающей формулы изобретения.

Дополнительно детали, признаки и преимущества изобретения станут ясными из последующего описания предпочтительных и иллюстративных вариантов осуществления изобретения, которые даются со ссылкой на чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает диаграммный вид сбоку системы MRI; и

Фиг.2 показывает пример передающего и/или приемного RF антенного устройства согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 показывает существенные компоненты системы магнитно-резонансной томографии (MRI) или магнитно-резонансного (MR) сканера, содержащей передающую и/или приемную RF антенну согласно изобретению. На Фиг.1, вертикальная (открытая) система показана имеющей зону 10 обследования между верхним и нижним концом структуры типа C-рамы.

Над и под зоной 10 обследования обеспечиваются соответствующие главные магнитные системы 20, 30 для генерирования, по существу, однородного главного магнитного поля (поля B₀) для выравнивания ядерных спинов в объекте, подлежащем обследованию. Для многоядерной системы MRI, плотность магнитного потока (магнитная индукция) должна быть в порядке величины нескольких тесла, например, по меньшей мере, около 3 тесла, так как MR сигналы релаксации ядер, иных, нежели ¹H, являются сравнительно слабыми вследствие их обычно низкой плотности внутри объекта обследования. Главное магнитное поле, по существу, простирается через пациента P в направлении, перпендикулярном продольной оси пациента P (то есть в направлении x).

В общем плоское или, по меньшей мере, приблизительно плоское передающее RF антенное устройство 40 (особенно в форме поверхностных RF резонаторов) служит, чтобы генерировать RF импульсы возбуждения передачи (поле B₁) на MR частотах, при этом упомянутое передающее RF антенное устройство 40 располагается в или на, по меньшей мере, одной из магнитных систем 20, 30. Плоское или, по меньшей мере, приблизительно плоское приемное RF антенное устройство 50 служит, чтобы принимать последующие MR сигналы релаксации от имеющих отношение ядер. Это RF антенное устройство может также формироваться посредством поверхностных RF резонаторов, размещенных в или на, по меньшей мере, одной из магнитных систем 20, 30. По меньшей мере, одно общее RF/антенное устройство, особенно поверхностный RF резонатор, может также использоваться как для передачи RF импульса, так и приема MR сигналов, если оно подходящим образом переключается между передачей и приемом, или два RF антенных устройства 40, 50 могут оба служить для альтернативной передачи RF импульсов и приема MR сигналов вместе.

Дополнительно, электрические сопутствующие устройства или вспомогательное оборудование обеспечивается для заданных обследований. Такое устройство является, например, приемной RF антенной в форме локальной или поверхностной MR катушки 60, которая используется в дополнение или как альтернатива для постоянно встроенной плоской приемной RF антенны 50 (т.е. катушки для тела) и которая размещается непосредственно на пациенте P или зоне или конкретной области объекта, подлежащего обследованию. Такая поверхностная RF/катушка 60 предпочтительно конструируется как гибкая прокладка, или рукав, или клетка и может содержать или обеспечиваться в форме передающего и/или приемного RF антенного устройства для передачи RF импульса возбуждения и/или для приема MR сигналов релаксации согласно изобретению.

По меньшей мере, одно из вышеописанных передающих и/или приемных RF антенных устройств 40, 50, 60 (т.е. RF антенные устройства для всего тела или локальные) могут обеспечиваться в форме RF антенного устройства согласно изобретению.

В заключение, для пространственного выбора и пространственного кодирования принятых MR сигналов релаксации, излучаемых от ядер, также обеспечивается множество катушек 70, 80 градиентного магнитного поля, посредством которых генерируются три градиентных магнитных поля в ортогональных x-, y- и z-направлениях, как объяснено выше.

Вышеописанные и последующие принципы и рассмотрения также являются применимыми в случае осевой или горизонтальной системы MRI, в которой пациент или другой объект обследования направляется в осевом направлении через цилиндрическое или трубчатое пространство 10 обследования. Формы и размеры магнитов и передающих и/или приемных RF антенных устройств согласно изобретению приспосабливаются к форме цилиндрического или трубчатого пространства обследования известным способом.

Многоядерное RF антенное устройство согласно изобретению предпочтительно используется только для приема MR сигналов релаксации, тогда как для передачи RF сигналов возбуждения предпочтительно используется другое RF антенное устройство, например, в форме катушки для всего тела. Однако RF антенное устройство согласно изобретению также может использоваться для передачи RF сигналов возбуждения, и последующее описание, которое дано для приемного RF антенного устройства только как иллюстративный пример, является применимым для передающего RF антенного устройства соответственно.

В общем, RF антенное устройство согласно изобретению содержит, по меньшей мере, две антенны, при этом каждая одна антенна настраивается по отношению к своей резонансной частоте на ларморовскую частоту каждого одного вида ядер, т.е. ядер, имеющих одно и то же гиромагнитное отношение (или только незначительно разные гиромагнитные отношения, для которых результирующие различия в полях обзора могут быть терпимыми и никакие значительные артефакты заворота не происходят в случае одновременного формирования MR изображений таких ядер).

Дополнительно, каждая антенна может иметь один или более антенных элементов, т.е. проводящих структур или сегментов, таких как катушки или катушечные элементы, которые каждый являются резонансными для соответствующей ларморовской частоты и которые предпочтительно каждый обеспечиваются собственными электронными RF/блоками приема (или передачи и/или приема) как MR приемники (или передатчики и/или приемники), как, в общем, известно, так что обеспечивается множество независимо управляемых RF каналов приема (или передачи и/или приема).

Более конкретно, RF антенное устройство согласно изобретению содержит первую антенну, которая обеспечивается для приема MR сигналов релаксации от первого вида ядер, имеющих первое гиромагнитное отношение и, следовательно, первую ларморовскую частоту, и, по меньшей мере, вторую антенну, которая обеспечивается для приема MR сигналов релаксации от другого вида ядер, имеющих второе гиромагнитное отношение и, следовательно, вторую ларморовскую частоту. Дополнительно, предполагается, что второе гиромагнитное отношение является более высоким, чем первое гиромагнитное отношение, так что поле обзора второй антенны для второго вида ядер является более маленьким, чем поле обзора первой антенны для первого вида ядер. Третья и дополнительные антенны могут соответственно обеспечиваться для приема MR сигналов релаксации от видов ядер, имеющих другие гиромагнитные отношения, которые, особенно, предполагаются более высокими, чем первое гиромагнитное отношение. Вторая антенна (и соответственно третья антенна и т.д. если присутствуют) обеспечивается некоторым количеством антенных элементов, которые являются каждый резонансными для второй ларморовской частоты.

В общем, первая и вторая антенна (и следовательно также антенные элементы второй антенны) размещаются известным способом, так что они могут возбуждать ядерные магнитные резонансы и/или принимать MR сигналы релаксации в/из объекта или области объекта интереса. Предпочтительно, антенные элементы второй антенны распределяются по отношению к их положению или местоположению всюду по, по меньшей мере, части антенной характеристики (поля чувствительности) первой антенны. Это распределение является предпочтительно равномерным, так что антенные элементы имеют, например, по меньшей мере, по существу, равные расстояния друг от друга. Антенные элементы второй антенны могут перекрывать друг друга или они располагаются смежно друг с другом с или без перекрытия.

Дополнительно, первая и вторая антенна предпочтительно каждая обеспечиваются в форме катушек или катушечных устройств или других плоских проводящих структур, которые простираются в двумерной плоскости. В таком случае, первая и вторая антенна предпочтительно размещаются в одной и той же плоскости или в плоскостях, которые являются параллельными друг с другом. Антенные элементы второй антенны предпочтительно также являются катушками или частями катушки или другой проводящей структуры и размещаются в общей плоскости, которая предпочтительно является параллельной к плоскости, в которой простираются проводящие структуры первой антенны.

Однако антенны RF антенного устройства согласно изобретению могут также обеспечиваться в форме цилиндрических катушек, особенно для использования в осевой системе MRI, при этом первая антенна и вторая антенна предпочтительно располагаются в коаксиальном расположении в отношении к друг другу, по меньшей мере, частично окружая друг друга в осевом и/или круговом направлении, и окружая пространство обследования. В таком случае проводящие структуры антенных элементов первой и второй антенны соответственно размещаются каждая на изогнутой поверхности цилиндра, при этом цилиндры имеют разные диаметры.

Количество антенных элементов второй антенны и предпочтительно, по меньшей мере, одно из их индивидуального положения по отношению к их местоположению в отношении к первой антенне и задания их геометрических характеристик по отношению к их размеру и/или размеру самой второй антенны выбирается/выбираются так, что кодирование с достаточно большой пространственной чувствительностью MR сигналов релаксации от всех местоположений или областей внутри объекта или области интереса объекта получается для вторых ядер, и что посредством восстановления MR изображения (которое проводится посредством блока восстановления MR изображения) на основе кодированных с (пространственной) чувствительностью MR сигналов релаксации, принятых всеми антенными элементами второй антенны (восстановление параллельного формирования изображений), результирующее полное поле обзора второй антенны может пространственно расширяться предпочтительно, по меньшей мере, по существу, до протяженности поля обзора первой антенны, как всюду по объекту или области интереса объекта в устройстве формирования MR изображений.

Количество антенных элементов в каждой антенне выбирается с учетом различий в гиромагнитных отношениях видов ядер, так как чем больше это различие, тем большим является также различие между расширениями результирующих полей обзора обоих антенн в случае, когда используется одна общая антенна для обоих видов ядер.

В общем, было выявлено, что в случае двух антенн (именно первой и второй антенны), отношение количества антенных элементов между обеими антеннами является предпочтительно, по меньшей мере, пропорциональным (особенно приблизительно равным или большим, чем) отношению гиромагнитных отношений обоих видов ядер, предпочтительно умноженному на измерение фазового кодирования DIM генерирования MR изображения:

где n_HI обозначает количество катушечных элементов для (второй) антенны, которая обеспечивается для обнаружения MR сигналов возбуждения от ядер, имеющих высокое гиромагнитное отношение (что дает результатом более маленькое поле обзора), и n_LO обозначает количество катушечных элементов для (первой) антенны, которая обеспечивается для обнаружения MR сигналов возбуждения от ядер, имеющих низкое гиромагнитное отношение (что дает результатом более большое поле обзора). Дополнительно, DIM обозначает измерения фазового кодирования, которое предпочтительно выбирается, чтобы быть DIM = 1 для двумерного MR изображения и предпочтительно DIM = 2 для трехмерного MR изображения. В заключение, γ_HI обозначает высокое гиромагнитное отношение и γ_LO обозначает низкое гиромагнитное отношение.

Согласно варианту осуществления, показанному на Фиг.2, обеспечиваются две антенны для двух разных видов ядер, имеющих такие разные гиромагнитные отношения и соответственно разные кодированные поля обзора, что в случае использования только одной RF антенны содержательное одновременное MR измерение будет подавляться и будут вводиться сильные артефакты заворота в общем MR изображении.

Более подробно, согласно Фиг.2, первая антенна 1 используется для приема MR сигналов релаксации от первого вида ядер, имеющих первое гиромагнитное отношение γ_LO (например, одно из вышеупомянутых ядер, иных, нежели протоны воды), и вторая антенна 2, 3, 4, 5 обеспечивается для приема MR сигналов релаксации от второго вида ядер, имеющих второе гиромагнитное отношение γ_HI, (например, протоны воды), при этом предполагается, что первое гиромагнитное отношение γ_LO является более низким, чем второе гиромагнитное отношение γ_HI.

В этом случае, первая антенна является одноэлементной антенной, имеющей один антенный элемент 1, который предпочтительно обеспечивается в форме одной катушки, и вторая антенна является многоэлементной антенной, имеющей четыре антенных элемента, которые предпочтительно каждый обеспечиваются в форме одной катушки 2, 3, 4, 5.

Антенные элементы 2, 3, 4, 5 второй антенны размещаются вдоль окружности антенного элемента 1 первой антенны, так что каждые два антенных элемента второй антенны, которые являются смежными в направлении окружности антенного элемента 1 первой антенны, частично перекрывают друг друга. Антенные элементы 2, 3, 4, 5 второй антенны предпочтительно размещаются так, что их перекрывающиеся секции предпочтительно располагаются, по меньшей мере, по существу, внутри области, которая окружается посредством антенного элемента 1 первой антенны.

Основанные на времени амплитудные MR сигналы, которые принимаются от первого и второго видов ядер посредством первой и второй RF антенны, соответственно, и которые пространственно кодируются посредством градиентных магнитных полей, представляются в блок 6 восстановления MR изображения для выполнения преобразования Фурье, чтобы получить основанные на частоте спектральные MR сигналы для генерирования MR изображения имеющих отношение видов ядер.

Как объяснено выше, чтобы предотвращать артефакты заворота и другие возмущения, которые вызываются разными гиромагнитными отношениями, особенно в MR изображении вторых ядер, MR изображение второго вида ядер восстанавливается посредством блока 6 восстановления MR изображения на основе обоих из пространственного кодирования MR сигналов релаксации посредством градиентных магнитных полей, и кодирования с чувствительностью MR сигналов релаксации посредством индивидуальных антенных элементов 2, 3, 4, 5, которые имеют разные профили (пространственной) чувствительности вследствие факта, что они располагаются в (известных) разных местоположениях и посредством этого обеспечивают разную информацию о распределении имеющих отношение видов ядер внутри объекта обследования (или его области интереса). Посредством этого восстановления MR изображения на основе этого скомбинированного градиентного магнитного поля и кодированных с чувствительностью MR сигналов релаксации, проводимого посредством блока 6 восстановления MR изображения, поле обзора второй антенны предпочтительно увеличивается до, по меньшей мере, по существу, протяженности поля обзора первой антенны.

Восстановление MR изображения из кодированных с чувствительностью MR сигналов раскрывается подробно в Pruessmann и др., «SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI», в Magnetic Resonance in Medicine 42: 952-962 (1999), которая по ссылке делается частью этого раскрытия.

Посредством этого, общее MR изображение, например, ткани (протоны ¹H) объекта обследования, в котором отображается распределение одного или более других видов ядер интереса (например, ²³Na и/или ³¹P и т.д.), может генерироваться без артефактов заворота или других возмущений.

Блок 6 восстановления MR изображения обычно является частью всей многоядерной системы MRI или MR сканера. Дополнительно, восстановление MR изображения, как объяснено выше, обычно проводится посредством компьютерной программы, которая предпочтительно дополнительно проводит вышеупомянутое преобразование Фурье, кодирование градиентного магнитного поля, кодирование SENSE и другую обработку принятых MR сигналов релаксации, так же как, например, управление генерированием RF сигналов передачи.

В то время, как изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и предшествующем описании, такие иллюстрации и описание должны рассматриваться иллюстративными или примерными и не ограничительными, и изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Изменения для вариантов осуществления изобретения, описанного в предшествующем, например, по отношению к самим антенным элементам, их формам и количествам и расположениям в отношении к друг другу, чтобы получать объясненный выше результат, по меньшей мере, по существу, идентичных полей обзора для ядер, имеющих, по существу, разные гиромагнитные отношения, являются возможными для специалиста в данной области техники без отхода от базового принципа изобретения, как определено посредством сопровождающей формулы изобретения.

Изменения для раскрытых вариантов осуществления могут пониматься и осуществляться этими специалистами в данной области техники в использовании на практике заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержать» не исключает другие элементы или этапы, и использование единственного числа не исключает множественность. Одиночный блок может исполнять функции нескольких элементов, изложенных в пунктах формулы изобретения. Простой факт, что некоторые меры излагаются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не показывает, что комбинация этих мер не может использоваться для преимущества. Любые ссылочные знаки в пунктах формулы изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем формулы изобретения.

Использование: для проведения измерений методом ядерного магнитного резонанса в многоядерной системе. Сущность изобретения заключается в том, что раскрывается многоядерное RF антенное устройство для использования в многоядерной системе MRI или MR сканере, для передачи RF сигналов возбуждения (поле B₁) для возбуждения ядерных магнитных резонансов (NMR) и/или для приема сигналов релаксации NMR для многоядерного восстановления MR изображения (магнитного резонанса), при этом RF антенное устройство настраивается на ларморовские частоты, по меньшей мере, двух разных видов ядер, имеющих, по меньшей мере, два разных гиромагнитных отношения, таких как ¹H, ¹⁴N, ³¹P, ¹³C, ²³Na, ³⁹K, ¹⁷O и гиперполяризованных газов, таких как ¹²⁹Xe, или других изотопов, имеющих ядерный спин. Дополнительно раскрывается способ для восстановления многоядерного MR изображения, особенно посредством вышеописанного RF антенного устройства. Способ включает в себя уменьшение артефактов заворота видов, имеющих более высокое гиромагнитное отношение, посредством параллельного MRI восстановления. Технический результат: обеспечение возможности MR (магнитно-резонансного) измерения или восстановления MR изображения видов ядер, имеющих разные гиромагнитные отношения («многоядерность»), но предпочтительно с использованием одних и тех же градиентных магнитных полей для всех ядер, без вызова нежелательных артефактов заворота для какого-либо из рассматриваемых ядер или других возмущений в общем MR изображении. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многоядерное RF антенное устройство, содержащее первую антенну для передачи RF сигналов возбуждения для возбуждения магнитных резонансов и/или для приема MR сигналов релаксации из/от первого вида ядер, имеющих первое гиромагнитное отношение (γ_LO), и вторую антенну для передачи RF сигналов возбуждения для возбуждения магнитных резонансов и/или для приема MR сигналов релаксации из/от второго вида ядер, имеющих второе гиромагнитное отношение (γ_HI), при этом первое гиромагнитное отношение (γ_LO) является более низким, чем второе гиромагнитное отношение (γ_HI), и при этом первая антенна имеет первое количество (n_LO) антенных элементов (1) и вторая антенна имеет второе количество (n_HI) антенных элементов (2, 3, 4, 5), при этом каждый из этих антенных элементов (1; 2, 3, 4, 5) является резонансным для соответствующей ларморовской частоты первого и второго видов ядер, соответственно, при этом отношение между вторым и первым количеством (n_HI/n_LO) является приблизительно равным или большим, чем отношение между вторым и первым гиромагнитным отношением (γ_HI/γ_LO).

2. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1, в котором для восстановления трехмерного MR изображения отношение между вторым и первым количеством (n_HI/n_LO) является приблизительно равным или большим, чем отношение между вторым и первым гиромагнитным отношением (γ_HI/γ_LO), умноженное на коэффициент 2.

3. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1, в котором антенные элементы (1; 2, 3, 4, 5) первой и/или второй антенны обеспечиваются в форме плоских проводящих структур.

4. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1,
в котором антенные элементы (1; 2, 3, 4, 5) первой и/или второй антенны обеспечиваются в форме катушек.

5. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1,
в котором первая антенна обеспечивается одним антенным элементом в форме катушки (1) и вторая антенна обеспечивается некоторым количеством антенных элементов каждый в форме катушки (2, 3, 4, 5), которые размещаются вдоль окружности антенного элемента (1) первой антенны.

6. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1,
в котором антенные элементы (1; 2, 3, 4, 5) первой и второй антенны каждый располагаются в плоскости, и при этом обе плоскости являются параллельными друг другу или обеспечивают одну общую плоскость.

7. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1,
в котором антенные элементы (1; 2, 3, 4, 5) первой и второй антенны каждый располагаются на поверхности цилиндра, при этом цилиндры размещаются в коаксиальном отношении друг с другом.

8. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1,
которое обеспечивается в форме катушки для всего тела для использования в вертикальной или осевой системе MRI.

9. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1,
которое обеспечивается в форме поверхностной катушки, или катушки «птичья клетка», или катушки для груди для использования в системе MRI.

10. Многоядерное RF антенное устройство по п. 1, в котором первый вид ядер выбирается из группы ядер, содержащих ¹⁴N, ³¹Р, ¹³С, ²³Na, ³⁹K, ¹⁷O и гиперполяризованные газы, такие как ¹²⁹Хе, и второй вид ядер является ядрами ¹H.

11. Способ восстановления многоядерного MR изображения распределения первого и второго видов ядер, имеющих первое и второе гиромагнитное отношение, соответственно, в котором первое гиромагнитное отношение меньше, чем второе гиромагнитное отношение, и в котором MR изображения первого и второго видов ядер восстанавливаются на основе MR сигналов релаксации, которые принимаются посредством первой и второй антенны, соответственно, многоядерного RF антенного устройства, содержащего первую антенну для передачи RF сигналов возбуждения для возбуждения магнитных резонансов и/или для приема MR сигналов релаксации из/от первого вида ядер, имеющих первое гиромагнитное отношение (γ_LO), и вторую антенну для передачи RF сигналов возбуждения для возбуждения магнитных резонансов и/или для приема MR сигналов релаксации из/от второго вида ядер, имеющих второе гиромагнитное отношение (γ_HI), при этом первое гиромагнитное отношение (γ_LO) является более низким, чем второе гиромагнитное отношение (γ_HI), и при этом первая антенна имеет первое количество (n_LO) антенных элементов (1) и вторая антенна имеет второе количество (n_HI) антенных элементов (2, 3, 4, 5), при этом каждый из этих антенных элементов (1; 2, 3, 4, 5) является резонансным для соответствующей ларморовской частоты первого и второго видов ядер, соответственно, при этом отношение между вторым и первым количеством (n_HI/n_LO) является приблизительно равным или большим, чем отношение между вторым и первым гиромагнитным отношением (γ_HI/γ_LO), и при этом MR изображение второго вида ядер восстанавливается на основе кодированных с пространственной чувствительностью MR сигналов релаксации, которые принимаются посредством антенных элементов второй антенны, и при этом поле обзора второй антенны расширяется посредством восстановления MR изображения на основе кодированных с чувствительностью MR сигналов релаксации, принятых посредством индивидуальных антенных элементов второй антенны, до, по меньшей мере, по существу, протяженности поля обзора первой антенны, и при этом кодирование с пространственной чувствительностью включает в себя субдискретизацию k-пространства сканирования, и степень субдискретизации является равной или большей, чем отношение между вторым и первым гиромагнитным отношением (γ_HI/γ_LO).

12. Способ по п. 11, в котором формирование MR изображений первого и второго видов ядер проводится одновременно в одном общем MR изображении.

13. Система многоядерного формирования MR изображений или MR сканер, содержащие RF антенное устройство согласно п. 1.