ES2249336T3 - Metodo, instrumento y sistema para realizar mediciones de verificacion y correcciones de campos en imanes para maquinas de formacion de imagenes por resonancia magnetica nuclear. - Google Patents

Abstract

Método para realizar mediciones de verificación y correcciones de campos magnéticos en imanes para máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear, que proporciona las siguientes etapas: hacer un elemento (10; 4, 5, 5, 6, 6'', 7, 7'') de prueba que tiene tales características que genera imágenes (I) de resonancia magnética nuclear predeterminadas y conocidas que obtengan una imagen de resonancia magnética a partir de dicho espectro (Ii); comparar la imagen teórica conocida con la imagen (I+I'') detectada y/o las señales recibidas a partir de las cuales se reconstruye la imagen detectada con el correspondiente conjunto de señales, relacionadas con la imagen teórica conocida en cualquiera de sus etapas de procesamiento o de formación de imágenes; determinar las diferencias entre la imagen detectada y la imagen (I+I'', IS) conocida o entre el conjunto de señales detectadas y el conjunto de señales correspondientes a la imagen conocida; calcular, basándose en dichas diferencias,unos parámetros de corrección, es decir, las cargas (M1, M2, ..., Mn) magnéticas correctoras y/o el número de cargas magnéticas correctoras que tienen un valor predeterminado, o el volumen de material ferromagnético y/o el número de elementos ferromagnéticos correctores de un volumen predeterminado, y la posición de dichos elementos correctores sobre la estructura magnética; caracterizado por las etapas adicionales de: escoger una función matemática que describa el campo, particularmente un desarrollo polinómico; proporcionar un espectro como elemento de prueba con una estructura adecuada para dicha función que describe el campo de manera que produce contribuciones de imagen, estando cada una de dichas contribuciones de imagen relacionadas con uno o con un número limitado de coeficientes de bajo orden seleccionados de la función que describe el campo, de manera que las diferencias entre una imagen teórica del espectro y la imagen real del espectro dependan sólo del coeficiente o del númerolimitado de coeficientes seleccionados de la función que describe el campo.

Description

Método, instrumento y sistema para realizar mediciones de verificación y correcciones de campos magnéticos en imanes para máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear.

Método, instrumento y sistema para realizar mediciones de verificación y correcciones de campos magnéticos en imanes para máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear.

La invención está dirigida a un método para realizar mediciones de verificación y correcciones de campos magnéticos en imanes para máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear, que comprende las siguientes etapas:

hacer que un elemento de prueba que tenga tales características que genere imágenes de resonancia magnética nuclear predeterminadas y conocidas;

obtener una imagen de resonancia magnética a partir de dicho elemento de prueba;

comparar la imagen teórica conocida con la imagen detectada y/o las señales recibidas a partir de las cuales se reconstruye la imagen detectada con el correspondiente conjunto de señales, relacionadas con la imagen teórica conocida en cualquiera de sus etapas de procesamiento o de formación de imágenes;

determinar las diferencias entre la imagen detectada y la imagen conocida o entre el conjunto de señales detectadas y el conjunto de señales correspondientes a la imagen conocida;

determinar los parámetros de corrección, es decir, la carga magnética correctora y/o el número de cargas magnéticas correctoras que tienen un valor predeterminado, o los volúmenes de material ferromagnético y su posición en la estructura magnética.

Las máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear utilizan ecos electromagnéticos de núcleos previamente excitados para recuperar a partir de los mismos información para la formación de imágenes. Para obtener señales de eco que permitan reconstruir suficientemente imágenes correspondientes a la realidad, al menos un número considerable de núcleos del material que está examinándose deben orientarse con espines sustancialmente paralelos. Con este fin, se emplean campos magnéticos estáticos que deben ser relativamente intensos y constantes dentro de un volumen predeterminado correspondiente a una parte corporal a examinar.

Al mismo tiempo, se aplican campos magnéticos adicionales, los denominados gradientes, que se utilizan para seleccionar ciertas secciones de la parte corporal a examinar y para crear un parámetro para identificar la señal recibida de partes individuales de la sección bajo examen para que puedan ordenarse las señales para la formación de imágenes bi y tridimensional.

Las tolerancias requeridas para una buena correspondencia entre la realidad y la imagen reconstruida son muy pequeñas, siendo del orden de unas desviaciones de unas pocas millonésimas de los valores nominales. Además, puesto que los campos magnéticos en uso son relativamente intensos, las construcciones de imanes tienen un tamaño considerable, según el cual la estructura físicamente masiva dificulta la exactitud de construcción requerida. Esto es especialmente relevante para los denominados imanes permanentes, en los que el ciclo de moldeo es generado por materiales permanentemente magnetizados y no por generadores de inducción.

Tras la fabricación, los imanes se someten a una calibración exacta del campo magnético, la denominada compensación magnética, que está diseñada para corregir imprecisiones constructivas de las partes individuales del imán e incluye medir el campo estático mediante una sonda, detectar aberraciones con respecto a unos valores nominales y disponer elementos correctores magnetizados o ferromagnéticos en varias zonas apropiadas de la estructura del imán tal como se determinan a partir de las diferencias entre los valores nominales y los valores reales del campo dentro del volumen designado para alojar el cuerpo o parte corporal bajo examen. La compensación magnética se realiza durante la fabricación en las instalaciones del fabricante.

No obstante, durante la instalación en las instalaciones del fabricante, los ajustes de fabricación parecen, frecuente e inevitablemente, haber cambiado o haber sido perturbados. Esto está especialmente provocado por tensiones que actúan sobre las grandes masas metálicas que forman la estructura magnética, especialmente puesto que esta estructura tiene una construcción modular o se compone de varias partes sujetas entre sí.

Además, el personal que utiliza las máquinas no está lo suficientemente cualificado como para verificar sus exactitudes de funcionamiento durante el uso, salvo en unos pocos casos excepcionales. De ahí que las aberraciones pequeñas puedan pasar desapercibidas.

Debido a esto, surge un problema para facilitar la prueba funcional de las máquinas, al menos por debajo de un cierto grado de exactitud, de una manera fácil y segura, incluso para personal menos cualificado que el personal a cargo de fabricar y probar las máquinas en las instalaciones del fabricante.

El documento EP-A-0230027 da a conocer un método y un dispositivo según el método anteriormente descrito y que intentan resolver los problemas dados a conocer anteriormente. Además, los documentos US 5.545.995 y US 5.055.791 dan a conocer métodos del tipo descrito anteriormente.

Los conocidos métodos dados a conocer sugieren soluciones al problema de probar y corregir aberraciones y anomalías en la formación de imágenes en las que la imagen del espectro se determina mediante una combinación de varios coeficientes de la función matemática teórica que describe el campo y cuya combinación de coeficientes incluye coeficientes de alto y bajo orden. La realización de la corrección del campo bajo estas circunstancias requiere de cálculos muy largos que no resultan necesarios para conseguir un nivel práctico de precisión del campo. De hecho, en las soluciones dadas a conocer, la estructura del espectro no es adecuada a que la estructura de la función que describe el campo sea normalmente un desarrollo polinómico esférico. Las imágenes del espectro y las aberraciones del mismo a partir de la imagen teórica no sólo se determinan mediante un pequeño número de coeficientes de bajo orden del desarrollo polinómico. Por tanto, tal como se ha expuesto anteriormente, la comparación matemática de la imagen real del espectro y de la imagen teórica y el cálculo de la corrección a aplicar al campo son muy complicados y llevan mucho tiempo.

La invención tiene el objeto principal de permitir una prueba funcional rápida de la estructura magnética de máquinas de resonancia magnética nuclear, particularmente tras la instalación, de una manera relativamente rápida y sencilla.

La invención tiene el objeto adicional de permitir una corrección al menos parcialmente automática de aberraciones y anomalías que se producen tras la instalación sin requerir de equipos de laboratorio especiales, los cuales son muy complejos y caros y sólo pueden ser utilizados por personal muy entendido y especializado.

La invención también busca establecer las bases para una implementación de varios grados de automatización de la corrección a realizar con el mínimo número de etapas operacionales que pueden ser realizadas por un técnico especializado típico, formado específicamente en el mantenimiento de una o más máquinas específicas.

La invención consigue los fines anteriores con un método para realizar mediciones de valor de referencia y correcciones de campos magnéticos en imanes para máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear, en el que:

Se elige un función matemática teórica que describe el campo, particularmente un desarrollo polinómico, preferiblemente un desarrollo polinómico esférico.

Se dota a un espectro de una estructura adecuada a dicha función que describe el campo y que produce una o más imágenes seleccionadas, estando cada una de estas imágenes correlacionadas con uno a un número limitado de coeficientes de bajo orden seleccionados de la función que describe el campo, de manera que las diferencias entre una imagen teórica del espectro y la imagen real del espectro dependan únicamente del uno o del número limitado de coeficientes seleccionados de la función que describe el campo magnético.

Por tanto, al seleccionar una estructura matemática específica para describir el campo, por ejemplo y preferiblemente, aunque sin límite, una representación del campo por armónicos esféricos, el método anterior puede refinarse para que puedan examinarse individualmente varios órdenes y grados de armónicos y por tanto de coeficientes de campo.

En este caso, el método prevé que el elemento de prueba tenga elementos que no emitan señales de resonancia magnética nuclear (y se definen como "transparentes" en el texto y reivindicaciones siguientes) que están relacionadas con un armónico definido o con coeficientes precisos de un cierto orden de una descripción matemática del campo mediante una expresión polinómica, preferiblemente, mediante armónicos esféricos, proporcionándose medios para la aplicación de gradientes de lectura del campo magnético que sólo detectan la señal de eco a lo largo de ciertas direcciones, seleccionándose dichas direcciones de manera que se supriman las contribuciones del campo magnético descrito por coeficientes distintos a los que están examinándose.

Preferiblemente, aunque sin límite, el desarrollo polinómico descriptivo se selecciona en armónicos esféricos. Sin embargo, otros desarrollos polinómicos pueden ser más o menos adecuados para el fin, dependiendo también de las simetrías del campo y por tanto de la estructura magnética.

Según una realización preferida del método, éste incluye las siguientes etapas:

a) detectar la imagen del elemento de prueba predeterminado;

b) simetrizar las desviaciones entre la imagen detectada realmente y la imagen ideal nominal con respecto al centro de la imagen y/o al origen predeterminado del sistema de coordenadas para la descripción matemática del campo magnético;

c) definir una curva de desviaciones simetrizadas que tiene los coeficientes de campo relevantes como variable;

d) determinar un polinomio para aproximar la curva de desviaciones simetrizadas que proceden de las diferencias entre la imagen real y la imagen teórica ideal;

e) determinar los coeficientes basándose en el sistema de las dos ecuaciones consistentes de las etapas c) y d);

f) calcular, a partir de la descripción matemática en armónicos esféricos del campo, tales número, magnitud y posición sobre la estructura magnética de los elementos correctores como cargas magnéticas o volúmenes de material ferromagnético para llevar los valores medidos de los coeficientes de campo adentro de los valores nominales correspondientes a las características de homogeneidad del campo requeridas para detectar imágenes de resonancia magnética nuclear útiles;

g) colocar manualmente tales cargas sobre la estructura magnética.

Posiblemente, una vez que se haya realizado la corrección, las etapas a) a f) pueden repetirse para verificar la efectividad de dicha corrección y, cuando sea necesario, puede realizarse una etapa g) de corrección adicional.

Los elementos para verificar los distintos coeficientes pueden montarse progresivamente sobre el elemento de prueba o proporcionarse fijamente sobre el mismo.

Cada uno de estos elementos corresponde a al menos un armónico o a al menos un conjunto de coeficientes y se hacen consistentemente con la descripción matemática seleccionada del campo y/o finalmente con las simetrías de la estructura magnética.

Según una primera realización, el método proporciona una comparación gráfica manual entre las imágenes detectadas y las imágenes teóricas a partir de la cual se realiza el cálculo matemático para determinar unos datos de corrección.

En este caso, la máquina tendrá una imagen teórica de comparación, por ejemplo, almacenada dentro de la misma.

Alternativamente, el método prevé que la máquina determine cuantitativamente las diferencias entre la imagen ideal y la imagen detectada mediante el cálculo de la distancia en píxeles del punto o parte o zona de la imagen detectada desde la posición del punto o zona correspondiente de la imagen ideal. En este caso, la diferencia puede cambiarse fácilmente a un valor cuantitativo de aberración o desviación con respecto a la imagen teórica y emplearse directamente en la máquina gracias al hardware de procesamiento contenido en la misma y un software para efectuar comparaciones, pruebas y diagnósticos de error. Por tanto, un software de cálculo, almacenado también en el hardware de procesamiento de la máquina, puede calcular las correcciones requeridas e indicar los datos absolutos de corrección.

En estas condiciones, el operario sólo tendría que colocar físicamente las cargas de corrección, basadas en la magnitud sugerida por la máquina, en la/s posición/ones determinadas automáticamente por la máquina.

En una realización específica, el método proporciona el uso de un elemento de prueba cuya parte no detectable tiene forma de saliente, vástago o deflector cuya orientación longitudinal es paralela al campo magnético estático, es decir, está dispuesto en el plano de corte axial del campo magnético cuando éste se describe con armónicos esféricos. En una descripción por un desarrollo polinómico con armónicos esféricos, este vástago está relacionado con unos coeficientes del coseno (2 0) y (4 0).

A partir de dos deflectores cruzados que forman un ángulo de 109,472º simétricamente con respecto a uno de los dos ejes que describen el plano de corte axial del campo magnético, se obtienen los coeficientes del coseno (2 2) y del seno (2 1).

Similarmente, a partir de dos deflectores cruzados que forman un ángulo de 90º simétricamente con respecto a un eje que describe el plano de corte coronal del campo magnético estático, se obtienen los coeficientes del seno (2 2), mientras que a partir de la misma configuración de deflectores, con los deflectores dispuestos en el plano de corte sagital del campo magnético estático, se obtienen los coeficientes del coseno (2 1).

Cuando estos coeficientes se verifican y, si fuese necesario, corrigen, son suficientes para garantizar una buena exactitud del campo para obtener las tolerancias requeridas para detectar imágenes de resonancia magnética nuclear útiles.

Cabe observarse que (x y) normalmente define los índices del desarrollo polinómico.

La invención también se dirige a un elemento de prueba que incluye, por separado o en combinación, los deflectores anteriores.

En la realización preferida, tal elemento de prueba incluye un deflector rectilíneo central que está cruzado, con referencia al plano paralelo a un borde periférico, por dos deflectores cruzados que pasan a través de la zona media del deflector rectilíneo y forman, simétricamente con respecto al deflector rectilíneo, un ángulo de 109,474º, mientras que se proporcionan dos deflectores cruzados adicionales en el plano perpendicular al deflector rectilíneo y que contienen los otros dos lados del mismo, que forman, simétricamente con respecto a dicho deflector rectilíneo, un ángulo de 90º e intersecan el deflector rectilíneo en la zona central.

Ventajosamente, los deflectores constan de paredes y están hechos de plástico, particularmente del denominado Plexiglás.

Según la realización preferida ilustrada, los distintos deflectores hechos de un material que no emite señal de resonancia magnética nuclear alguna están montados de manera fija dentro de un recipiente de plástico lleno de un líquido que emite una señal de resonancia magnética nuclear, por ejemplo, agua u otros líquidos o disoluciones.

Cabe observarse cómo la creación de superficies de contacto entre materiales que difieren con respecto a señales de resonancia magnética nuclear es relevante para generar zonas de formación de imágenes de contraste de imágenes que tienen formas determinadas. Obviamente, dicha construcción preferida permite implementar el método incluso cuando se inviertan los materiales que componen los deflectores y el relleno.

La caja o recipiente tiene una abertura en el relleno con medios de cierre hermético.

Las ventajas de la presente invención resultan evidentes a partir de la descripción anterior. Gracias al método de verificación y de corrección puede controlarse periódicamente la exactitud de la homogeneidad del campo magnético de manera fácil, manualmente y/o con distintos grados de automatización. Esta característica es especialmente importante para obtener imágenes de resonancia magnética nuclear con una buena correspondencia con la realidad, de ahí que sea la base para obtener imágenes utilizables en diagnóstico.

Las actividades de verificación y, cuando sean necesarias, de corrección pueden automatizarse hasta tal punto que puedan ser realizadas por un operario especializado típico sin requerir de la intervención de personal muy especializado, lo que supone costes elevados tanto para el fabricante como para el cliente.

Además, los tiempos de verificación y de corrección se reducen drásticamente, limitando así el tiempo de parada, que ocasiona molestias a los usuarios.

El proceso y los dispositivos requeridos son relativamente baratos, implicando principalmente la adición de procedimientos informáticos en elementos existentes de la máquina, los cuales sólo necesitan mejorarse, y la provisión de un conjunto de imanes permanentes de corrección, así como de un espectro. Éste es el único elemento constructivo que ha de fabricarse especialmente para una fácil aplicación del método.

Sin embargo, el propio espectro no es necesario en modo alguno, pudiendo realizarse los procedimientos de verificación y de corrección siguiendo las anteriores etapas del método con elementos hechos a mano o elementos improvisados.

Otras mejoras de la invención serán el tema de las reivindicaciones dependientes.

Las características de la invención y las ventajas derivadas de ella resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización no limitativa, ilustrada en los dibujos adjuntos, en los que:

Las figuras 1A y 1B a 4A y 4B muestran esquemáticamente mediante una vista tridimensional y una vista en planta sobre el plano específico de extensión los elementos de prueba para la verificación de coeficientes de campo específicos según desarrollo polinómico esférico.

La figura 5 muestra un diagrama de flujo del método según la invención.

La figura 6 muestra la razón de dos coeficientes como una función del ángulo formado por el deflector de prueba en el plano específico.

Las figuras 7 y 8 son dos vistas a lo largo de dos ejes del elemento de prueba compuesto según una realización preferida de la invención.

Con referencia a las figuras 1 a 5, el método de la invención proporciona la formación de imágenes por resonancia magnética nuclear de un elemento de prueba y la comparación de las desviaciones de dicha imagen detectada real con respecto a una imagen ideal del elemento de prueba. En la figura 5 se muestra el proceso con referencia al ejemplo de elemento de prueba de las figuras 1A y 1B.

En la figura 5, I denota la imagen ideal e I', la imagen detectada realmente del elemento 1 de prueba según las figuras 1A y 1B. I+I' denota la comparación entre las dos imágenes. Ésta se obtiene superponiendo las dos imágenes I, I'. De hecho, la verificación también puede llevarse a cabo visualmente y las aberraciones pueden detectarse por medición manual sobre el monitor. Sin embargo, dependiendo del grado de automatización deseado, tal verificación representada gráficamente puede obtenerse automáticamente por cálculo puro, mientras que la imagen visual sólo puede ser una representación gráfica de la información obtenida a partir de cálculos.

Entonces, los valores de aberración, es decir, sustancialmente las diferencias entre unos puntos P1 y P1' a Pn y Pn', se emplean para calcular las correcciones a aplicar a la estructura 1 magnética.

Tales correcciones se proporcionan en forma de elementos M1, M2, Mn, que tienen un valor unitario o son una función o un múltiplo de dicho valor unitario, o en forma de uno o más elementos con un volumen predeterminado de material ferromagnético que han de colocarse en emplazamientos predeterminados de la estructura magnética para corregir cualquier aberración del campo magnético, aquí del campo magnético estático denotado por Bz en las figuras.

Preferiblemente, el campo magnético se describe con la ayuda de un desarrollo polinómico en armónicos esféricos que relacionan coeficientes de distintos órdenes con combinaciones de las funciones seno y coseno. Esta descripción permite producir elementos de prueba cuyas contribuciones de imagen sólo están relacionadas con coeficientes definidos que describen el campo magnético en armónicos esféricos y que por ello tienen geometrías y construcciones muy sencillas.

Por tanto, por ejemplo, el elemento de prueba de las figuras 1A y 1B permite una detección aparte de unos coeficientes de coseno (2 0) y de coseno (4 0).

La siguiente descripción se referirá a las diferentes geometrías mostradas en las figuras 1A y 1B a 4A y 4B mientras se explica el proceso con más detalle.

Con referencia a las figuras 1A y 1B, el elemento de prueba consiste en un deflector 4 rectilíneo que está colocado en el plano paralelo al campo Bz magnético, obviamente entre los dos polos 2, 3 para generar el campo magnético.

El deflector rectilíneo está orientado a lo largo del eje Z. En esta condición, los coeficientes teserales con un grado distinto a cero dan una contribución nula sobre los ejes.

La imagen ideal que debería obtenerse se denota mediante I en la figura 1. Si el campo no es homogéneo, la imagen real puede ser la denotada mediante I' en la figura 5.

En este caso, al sumar la distorsión de cada punto a lo largo de un eje perpendicular al campo y seleccionado según la dirección del gradiente de lectura, el eje x, por ejemplo, hasta el punto simétrico al mismo con respecto al origen O, es decir, el punto central del deflector, se suprimen las contribuciones de las otras simetrías (véase la figura 5, I+I', IS). Al asignar esta suma dividida por dos a cada punto y a su homólogo simétrico (P, P', P1'', P''', P2, P2', P2'', P2'''), se obtiene una curva (que resulta de la construcción simetrizada) en una gráfica que es una función de la distancia desde el centro, que describe la distorsión relacionada con la simetría relevante. Esta curva consiste en potencias de r, donde r es la distancia desde el centro de la imagen, es decir, desde el origen, en coordenadas normalizadas al radio de una esfera que tiene un diámetro predeterminado, por ejemplo, 80 mm.

La falta de homogeneidad del campo Bz magnético en los puntos simetrizados en el eje y se describen mediante la siguiente función:

\delta = a_{20}^{cos}\ r^{2} + a_{40}^{cos}\ r^{4} + O(r^{6})

La distorsión de la imagen es proporcional a la falta de homogeneidad según la siguiente fórmula, indicada como (1):

(1)\Delta X[1]=\frac{\Delta B[MHz]}{f_{muest}[MHz]}FOV[1]

donde 1 corresponde a la unidad de distorsión de imagen normalizada al radio de la esfera definida anteriormente.

Considerando un elemento de 256 píxeles, la fórmula anterior da:

\Delta X[\text{píxeles}]\cong 2.56\cdot 10^{4}\frac{f_{imán}[MHz]}{f_{muestreo}[MHz]}(a_{20}^{cos}\ r^{2} + a_{40}^{cos}\ r^{4})

Al aproximar la distorsión de puntos simetrizados como una función de su distancia desde el centro del imán mediante una función polinómica como la siguiente:

y = \beta_{20} r^{2} + \beta_{40} r^{4}

se obtienen los coeficientes deseados, es decir, los coeficientes del coseno (2 0) y del coseno (4 0).

\newpage

Si el imán en uso tiene una frecuencia de 7,692462 MHz y una secuencia de eco de espín con una frecuencia de muestreo de 217 KHz, la aproximación procesada por un polinomio como el descrito anteriormente da los siguientes coeficientes:

y = 8.3385_{r}{}^{4} - 25.7204_{r}{}^{2}

Al aplicar lo anterior, se obtiene lo siguiente:

\vskip1.000000\baselineskip

a_{20}^{cos} = \frac{f_{muestreo}[MHz]}{f_{imán}[MHz]2.56\cdot 10^{-4}}\ \beta_{20}=\frac{0.00217}{7.682462\cdot2.56\cdot 10^{-4}}(-25.7204)\Rightarrow a_{20}^{cos}=-28ppm

En las figuras 2A y 2B, en el plano XY, es decir, en el plano de corte axial, están colocados dos deflectores para formar un ángulo de 54,736º con el eje Y. Esto suprime el efecto el efecto de distorsión del coeficiente del coseno
(2 0).

La figura 6 muestra una gráfica de la razón de los coeficientes (2 2) entre (2 0) como una función de la posición angular de los deflectores 5 y 5'. El pico corresponde aparentemente al ángulo de 54,736º.

De nuevo aquí, a fin de detectar distorsiones y realizar una simetrización, para cada punto se consideran los puntos simétricos con respecto al origen, que son cuatro cuando se proporcionan dos deflectores.

Para detectar la distorsión para el coseno (2 2), las distorsiones de cada punto y de sus homólogos simétricos se suman y dividen por 4. Similarmente a lo anterior, se obtiene la gráfica de una curva de distorsiones que es una función de la distancia r desde el centro de la imagen. Esta curva también puede simetrizarse más con respecto al origen para suprimir los términos impares. A partir de la relación básica indicada en el párrafo anterior e identificada por el número (I), que describe la razón entre la distorsión simetrizada de la imagen y la falta de homogeneidad del campo magnético, se obtiene los siguiente:

\Delta X[\text{píxeles}]\cong 1.81\cdot 10^{-4}\frac{f_{imán}[MHz]}{f_{muestreo}[MHz]}(a_{22}^{sin}\ r^{2} + O(r^{4}))

La aproximación con el siguiente polinomio

y = \beta_{1}r^{2} + \beta_{2}r^{4}

da el coeficiente del coseno (2 2) al igualarse los términos cuadráticos.

Para calcular el coeficiente del seno (2 1), ha de realizarse la siguiente operación, donde A, B, C y D indican la distorsión de los puntos A, B, C, D simétricos a A.

\frac{(A - D) - (B - C)}{4}

Por tanto, se obtiene la gráfica de la curva de distorsiones, que es una función de la distancia r desde el centro de la imagen:

\Delta X[\text{píxeles}]\cong 1.92\cdot 10^{-4}\frac{f_{imán}[MHz]}{f_{muestreo}[MHz]}(a_{21}^{sin}\ r^{2} + O(r^{4}))

De nuevo aquí se realiza una aproximación mediante el siguiente polinomio.

y = \beta_{1}r^{2} + \beta_{2}r^{4}

E igualando los términos cuadráticos se obtiene el coeficiente del seno (2 2).

Con referencia a las figuras 3A y 3B, éstas muestran los elementos 6, 6' de prueba para la medición del coeficiente del seno (2 2).

En este caso, dos deflectores están colocados, al igual que en el ejemplo de las figuras 2A y 2B, en el plano XY, es decir, en el plano de sección coronal, pero están dispuestos a lo largo de las bisectrices de las coordenadas cartesianas XY.

La simetrización de las distorsiones se realiza al igual que se ha descrito para la determinación del coeficiente del seno (2 2). En este caso, la ley de la distorsión proporciona la ecuación:

\Delta X[\text{píxeles}]\cong 1.92\cdot 10^{-4}\frac{f_{imán}[MHz]}{f_{muestreo}[MHz]}(a_{21}^{sin}\ r^{2} + O(r^{4}))

Tal como se ha descrito anteriormente, la aproximación se realiza mediante el siguiente polinomio:

y =\beta_{1}r^{2} + \beta_{2}r^{4}

E igualando los términos cuadráticos se obtiene el coeficiente del seno (2 2).

El coeficiente del coseno (2 1) se mide sustancialmente tal como se ha descrito anteriormente. En este caso, unos deflectores 7, 7' como los 6, 6' de las figuras 3A y 3B, incluso en cuanto a la disposición angular, están colocados en el plano de sección sagital, es decir, en el plano XZ, tal como se muestra en las figuras 4A y 4B. Las operaciones son las mismas, y se obtiene la siguiente ley para describir la curva de distorsiones:

\Delta X[\text{píxeles}]\cong 1.92\cdot 10^{-4}\frac{f_{imán}[MHz]}{f_{muestreo}[MHz]}(a_{21}^{sin}\ r^{2} + O(r^{4}))

Al obtener, tal como se ha descrito en la presente memoria, los coeficientes de los grados más relevantes del desarrollo polinómico en armónicos esféricos del campo, es posible volver a determinar, sobre la base de unos coeficientes nominales, las cargas magnéticas correctoras así como las posiciones de las mismas en la estructura magnética, según las cuales puede restablecerse la homogeneidad del campo magnético dentro de unas tolerancias predeterminadas para suprimir las distorsiones más bastas.

En la figura 5, las etapas anteriormente descritas se indican en los recuadros E, IS, mientras que las siguientes etapas para determinar las cargas magnéticas o los elementos M1, M2, ..., Mn correctores ferromagnéticos y sus posiciones, así como su colocación 1, 2, 3 real en la estructura magnética, sobre la estructura magnética se indican esquemáticamente en los recuadros D, PO.

Las operaciones para calcular y determinar distorsiones pueden realizarse fuera de la máquina, o el software para determinar automáticamente las cargas magnéticas de corrección y su posición a partir de la comparación de datos detectados durante la sesión de medición con datos nominales almacenados en relación con los distintos elementos 4, 5, 6, 7 de prueba, tal como se muestra en el diagrama de flujo esquemático de la figura 5, puede cargarse en la máquina de resonancia magnética nuclear.

Las figuras 7 y 8 muestran una realización preferida de un elemento de prueba para realizar los procedimientos de medición y de corrección indicados y detallados anteriormente en la presente memoria.

Este elemento de prueba tiene todos los elementos 4, 5, 5', 6, 6', 7, 7' individuales dentro del mismo permanentemente. Estos pueden montarse de manera fija en el elemento de prueba, pero posiblemente también ser pueden desmontables, o puede proporcionarse un conjunto de elementos de prueba individuales, cada uno con los deflectores en una de las configuraciones descritas en las figuras 1, 2, 3, 4.

El elemento 10 de prueba consiste en un recipiente 1 cilíndrico de Plexiglás en el que se encuentran los deflectores 4, 5, 5', 6, 6' y 7, 7'. Los deflectores 6, 7 y 6', 7' son idénticos, con sólo girar 90º el elemento de prueba, que descansa sobre la base circular. Obviamente, tal como se ilustra y denota mediante 7, 6 y 7', 6', también puede proporcionarse un conjunto de deflectores en un plano perpendicular al que contiene los primeros deflectores 6, 7 y 6', 7' para que no haya que mover u orientar el elemento de prueba varias veces y para que pueda ser necesaria una sola primera colocación para realizar cualquier otra medición. Los deflectores 4, 5, 6, 7, 5', 6', 7' se extienden a lo largo de unos ejes que forman unos ángulos indicados con referencia a las figuras 1, 2, 3, 4, intersecándose todos en el origen 0, que se proporciona coincidiendo con el punto medio del elemento 10 de prueba
cilíndrico.

Los deflectores 4, 5, 6, 7, 5', 6', 7' consisten en unos diafragmas o salientes delgados que separan una aberturas 110 formadas en un disco de plexiglás montado dentro del elemento 10 de prueba.

En cuanto a los deflectores 6, 7, 6', 7' estos están formados en unas paredes diametrales del elemento de prueba, en una sola pared diametral si el elemento de prueba ha de girarse para realizar distintas mediciones o en dos paredes diametrales perpendiculares. Las dos paredes se denotan mediante 210 y 210' en la figura 8. Los deflectores consisten en salientes delgados que separan unas aberturas 310, 410.

En la parte superior, es decir, la base del elemento 10 de prueba, se proporciona una abertura que puede cerrarse herméticamente mediante un tapón 11, según lo cual el elemento de prueba cilíndrico parecido a un recipiente, cerrado herméticamente, se llena con un líquido que genera señales de resonancia magnética nuclear, por ejemplo, agua pura, y que llena por completo el elemento de prueba, incluyendo las distintas aberturas 110, 310, 410 que definen los deflectores 4, 5, 5', 6, 6', 7, 7'.

Al medirse, el elemento de prueba se inserta dentro de la bobina receptora de una máquina de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear en una posición tal que el eje del elemento cilíndrico está orientado perpendicular al campo magnético estático indicado por la flecha Bz en la figura 8. El elemento está colocado con los deflectores, es decir, las paredes 210, orientados paralelos a los dos ejes cartesianos que definen los planos perpendiculares a la dirección del campo magnético estático, es decir, las caras de los dos polos 2, 3 opuestos, mientras que el deflector 4 está orientado a lo largo del eje y del dicho plano, es decir, según uno de los gradientes de lectura.

El elemento tiene una prolongaciones 510, 610, 710 para una fácil colocación y agarre del mismo.

Tal como se muestra en las figuras 7 y 8, el elemento es particularmente adecuado para la medición de coeficientes de campo, tal como se ha descrito anteriormente en la presente memoria con referencia al método y a las figuras 1 a 5.

Obviamente, en combinación con el elemento de prueba ha de proporcionarse una máquina de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear que tenga al menos una estructura magnética para generar campos magnéticos estáticos con una orientación predeterminada; medios y bobinas electrónicos para generar secuencias de eco de espín, así como seleccionar, leer y codificar gradientes; bobinas para recibir ecos y una unidad electrónica de procesamiento de señales, programándose dicha unidad electrónica para realizar al menos algunas de las etapas del método descrito anteriormente en la presente memoria, y en combinación con la misma se proporciona un conjunto de cargas magnéticas correctoras cuyos valores son fracciones o múltiplos de unidades de carga magnética.

Claims (23)

1. Método para realizar mediciones de verificación y correcciones de campos magnéticos en imanes para máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear, que proporciona las siguientes etapas:

hacer un elemento (10; 4, 5, 5, 6, 6', 7, 7') de prueba que tiene tales características que genera imágenes (I) de resonancia magnética nuclear predeterminadas y conocidas que obtengan una imagen de resonancia magnética a partir de dicho espectro (Ii);

comparar la imagen teórica conocida con la imagen (I+I') detectada y/o las señales recibidas a partir de las cuales se reconstruye la imagen detectada con el correspondiente conjunto de señales, relacionadas con la imagen teórica conocida en cualquiera de sus etapas de procesamiento o de formación de imágenes;

determinar las diferencias entre la imagen detectada y la imagen (I+I', IS) conocida o entre el conjunto de señales detectadas y el conjunto de señales correspondientes a la imagen conocida;

calcular, basándose en dichas diferencias, unos parámetros de corrección, es decir, las cargas (M1, M2, ..., Mn) magnéticas correctoras y/o el número de cargas magnéticas correctoras que tienen un valor predeterminado, o el volumen de material ferromagnético y/o el número de elementos ferromagnéticos correctores de un volumen predeterminado, y la posición de dichos elementos correctores sobre la estructura magnética;

caracterizado por las etapas adicionales de:

escoger una función matemática que describa el campo, particularmente un desarrollo polinómico;

proporcionar un espectro como elemento de prueba con una estructura adecuada para dicha función que describe el campo de manera que produce contribuciones de imagen, estando cada una de dichas contribuciones de imagen relacionadas con uno o con un número limitado de coeficientes de bajo orden seleccionados de la función que describe el campo, de manera que las diferencias entre una imagen teórica del espectro y la imagen real del espectro dependan sólo del coeficiente o del número limitado de coeficientes seleccionados de la función que describe el campo.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura matemática definida para describir el campo se escoge como una representación del campo en armónicos esféricos y de manera que sólo puedan examinarse por separado órdenes y grados diferentes de armónicos y por tanto de coeficientes del campo.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento (10) de prueba tiene elementos (4, 5, 5', 6, 6', 7, 7') de prueba que no emiten señales de resonancia magnética nuclear y la contribución a la imagen de cada elemento de prueba está relacionada con un armónico definido o con unos coeficientes precisos de un cierto bajo orden de una descripción matemática del campo correspondiente a un desarrollo polinómico, particularmente por armónicos esféricos, proporcionándose medios para la aplicación de gradientes de lectura del campo magnético que sólo detectan la señal de eco a lo largo de ciertas direcciones, seleccionándose dichas direcciones de manera que se supriman las contribuciones del campo magnético descrito por coeficientes distintos de los que están examinándose, para aislar la contribución de los coeficientes que están examinándose de los otros coeficientes restantes.

4. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el desarrollo polinómico descriptivo se selecciona en armónicos esféricos.

5. Método según una o más de las realizaciones anteriores, caracterizado por las siguientes etapas:

a) detectar la imagen (I') del elemento (10, 4) de prueba predeterminado;

b) simetrizar las desviaciones entre la imagen (I') detectada realmente y la imagen (I) ideal nominal con respecto al centro de la imagen y/o al origen predeterminado del sistema de coordenadas para la descripción matemática del campo magnético;

c) definir una curva de desviaciones simetrizadas que tiene los coeficientes de campo relevantes como variable;

d) determinar un polinomio para aproximar la curva de desviaciones simetrizadas que proceden de las diferencias entre la imagen (I') real y la imagen (I) teórica ideal;

e) determinar los coeficientes basándose en el sistema de las dos ecuaciones consistentes de las etapas c); y

f) calcular, a partir de la descripción matemática en armónicos esféricos del campo, un número, magnitud y posición sobre la estructura (1) magnética de los elementos correctores como cargas magnéticas o volúmenes de material (M1, M2, ..., Mn) ferromagnético para llevar los valores medidos de los coeficientes de campo adentro de los valores nominales correspondientes a las características de homogeneidad del campo requeridas para detectar imágenes de resonancia magnética nuclear útiles;

g) colocar manualmente tales elementos (M1, M2, ..., Mn) correctores sobre la estructura (1, 2, 3) magnética.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque, una vez que se ha realizado la corrección, las etapas a) a f) pueden repetirse para verificar la efectividad de dicha corrección y, cuando sea necesario, puede realizarse una etapa g) de corrección adicional.

7. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos (4, 5, 5', 6, 6', 7, 7') de prueba se montan progresivamente sobre el elemento (10) de prueba o se proporcionan fijamente sobre el mismo.

8. Método según una o más de las reivindicaciones 3 a anteriores, caracterizado porque cada elemento (4, 5, 5', 6, 6', 7, 7') de prueba da una contribución de imagen correspondiente a al menos un armónico o a al menos un conjunto de coeficientes y está hecho consistentemente con la descripción matemática seleccionada del campo y/o finalmente con las simetrías de la estructura (1) magnética.

9. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque proporciona una comparación gráfica manual entre las imágenes (I') detectadas y las imágenes (I) teóricas a partir de las cuales se realiza el cálculo matemático para determinar unos datos (D) de corrección.

10. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha imagen (I) teórica está cargada en una memoria de una máquina.

11. Método según una o más de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores, caracterizado porque proporciona una máquina para determinar cuantitativamente las diferencias entre la imagen (I) teórica y la imagen (I') detectada mediante el cálculo de la distancia en píxeles del punto o parte o zona de la imagen (I') detectada a partir de la posición del punto o zona correspondiente de la imagen (I) teórica.

12. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque proporciona el uso de un elemento (10) de prueba que tiene una parte que no emite señales de resonancia magnética nuclear y que tiene la forma de saliente (4), vástago o deflector que tiene una orientación longitudinal que es paralela al campo (Bz) magnético estático, es decir, está dispuesto en el plano de corte axial del campo magnético cuando éste se describe mediante armónicos esféricos, estando este vástago relacionado con la detección de unos coeficientes del coseno (2 0) y del coseno (4 0) únicamente, con referencia a una descripción matemática en armónicos esféricos.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque proporciona la aplicación de unos denominados gradientes de campo de lectura orientados perpendiculares al deflector.

14. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dos deflectores (5, 5') cruzados se utilizan como elemento de prueba, que forman un ángulo de 109,472º simétricamente con respecto a uno de los dos ejes que describen el plano de corte axial del campo (Bz) magnético, deflectores que están relacionados con la medición de la contribución del campo (Bz) que está relacionada únicamente con unos coeficientes del coseno (2 2) y del seno (2 1).

15. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dos deflectores (6, 6') cruzados se utilizan con elemento de prueba, que forman un ángulo de 90º simétricamente con respecto a un eje que describe el plano de corte coronal del campo (Bz) magnético estático, y que están relacionados con la medición se obtienen unos coeficientes del seno (2 2) únicamente, mientras que mediante la misma configuración de unos deflectores (7, 7'), aunque dispuestos en el plano de corte sagital del campo magnético estático, se detectan únicamente unas contribuciones de campo de unos coeficientes del coseno (2 1).

16. Elemento de prueba para mediciones de verificación y correcciones del campos magnéticos, particularmente en máquinas de resonancia magnética nuclear, caracterizado porque comprende, por separado o en combinación, al menos uno de los deflectores (4, 5, 5', 6, 6', 7, 7') según una o más de las reivindicaciones 12, 13, 14, 15 anteriores o todos los deflectores anteriormente mencionados al mismo tiempo.

17. Elemento de prueba según la reivindicación 16, caracterizado porque dichos deflectores (4, 5, 5', 6, 6', 7, 7') están hechos de un material plástico, particularmente del denominado Plexiglás.

18. Elemento según la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque incluye deflector (4) rectilíneo central que está cruzado, con referencia al plano paralelo a un borde periférico, por dos deflectores (5, 5') cruzados que pasan a través de la zona media del deflector (4) rectilíneo y forman, simétricamente con respecto al deflector (4) rectilíneo, un ángulo de 109,474º, mientras que se proporcionan dos deflectores (6, 6') cruzados adicionales en el plano perpendicular al deflector (4) rectilíneo y que contienen los otros dos lados del mismo, que forman, simétricamente con respecto a dicho deflector (4) rectilíneo, un ángulo de 90º e intersecan el deflector rectilíneo en la zona central, proporcionándose otros dos deflectores (7, 7') adicionales, cruzados a 90º, en otro plano perpendicular al plano que contiene los dos deflectores cruzados a 90º.

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19. Elemento según una o más de las reivindicaciones 16 a 18 anteriores, caracterizado porque los deflectores están formados por paredes delgadas que separan unas aberturas (110, 310, 410) en unas paredes (210) axiales o diametrales que se intersecan a lo largo de las tres direcciones principales de un sistema cartesiano.

20. Elemento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los varios deflectores (4, 5, 5', 6, 6', 7, 7') y/o las paredes (210) en las que están formados están montados permanentemente en un recipiente (10) de plástico, preferiblemente Plexiglás, que se llena con un líquido o una sustancia que emite una señal de resonancia magnética nuclear, por ejemplo agua, siendo el recipiente estanco al agua y estando dotado de una abertura (11) de llenado que puede cerrarse herméticamente.

21. Elemento según una o más de las reivindicaciones 16 a 20 anteriores, caracterizado porque comprende un recipiente (10) cilíndrico estanco al agua.

22. Elemento según la reivindicación 19, caracterizado porque el/los deflector/es están hechos de un material adecuado para generar señales de resonancia magnética nuclear, mientras que el material de relleno es tal que no emite señales de resonancia magnética nuclear, siendo relevante la generación de superficies separadoras de una forma predeterminada para separar zonas de imagen contrastantes.

23. Máquina de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear, que comprende una estructura (1) magnética para generar campos magnéticos estáticos, que define una cavidad para alojar cuerpos o partes corporales a examinar; una bobina para generar secuencias para excitar, seleccionar y leer ecos de resonancia magnética nuclear; una bobina para recibir dichos ecos; una unidad para procesar las señales de eco recibidas, para generar imágenes digitales a partir de las mismas a visualizar en medios de visualización, caracterizado porque la unidad de procesamiento es de tipo programable y tiene al menos una memoria que almacena un algoritmo para medir coeficientes de campo según el método según una o más de las reivindicaciones 1 a 15 anteriores, mientras que, en combinación con dicha máquina, se proporciona un elemento de prueba según una o más de las reivindicaciones 16 a 22 anteriores, cuya imagen teórica puede almacenarse en la unidad de procesamiento de la máquina, y al menos un conjunto de cargas (M1, M2, ..., Mn) magnéticas correctoras.