RU2576342C2

RU2576342C2 - Широкополосная магнитно-резонансная спектроскопия в сильном статическом (b0) магнитном поле с использованием переноса поляризации

Info

Publication number: RU2576342C2
Application number: RU2013142165/28A
Authority: RU
Inventors: Баолиан ЯНГ; Дэвид Лесли ФОКСАЛЛ
Original assignee: Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2016-02-27
Also published as: JP5932844B2; US9529064B2; EP2676149A1; CN103354908A; RU2013142165A; US20130314087A1; CN103354908B; WO2012110901A1; BR112013020496A2; JP2014504937A

Abstract

Использование: для исследования объекта методом магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что контроллер магнитного резонанса (MR), генерирующий статическое (B₀) магнитное поле 5 тесла или выше, сконфигурирован для управления MR-сканером для осуществления последовательности (14) MR, включающей в себя: осуществление подпоследовательности (30) возбуждения/локализации на субъекте, размещенном в статическом (B₀) магнитном поле, генерируемом MR-сканером, для возбуждения поляризации¹H в выбранной пространственной области субъекта; осуществление подпоследовательности (32) переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹H, генерируемой подпоследовательностью возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер; и осуществление подпоследовательности (40) считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта. Подпоследовательность переноса поляризации включает в себя пару трапецеидальных импульсов (36, 37) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер. Технический результат: уменьшение искажений при получении данных магнитно-резонансной спектроскопии. 3 н.и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Нижеследующее описание относится к области магнитного резонанса, к области магнитно-резонансной спектроскопии, к области формирования магнитно-резонансных изображений, к области формирования медицинских изображений и родственным областям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Магнитный резонанс (MR) является известным методом, который полезен в медицинской диагностике, ветеринарии, криминалистике, археологии и т.д. В наиболее общем случае MR-изображение генерируется посредством возбуждения, пространственного кодирования и считывания сигнала магнитного резонанса ¹H. Больше информации можно получить с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии), в которой получается и анализируется спектр MR-отклика. Для медицинских или ветеринарных приложений желательно осуществлять локализованную MR-спектроскопию in vivo, в которой сигнал MR-спектроскопии локализуется до единичного вокселя (SV MR-спектроскопия) или пространственно кодируется в двух- или трехмерную сетку вокселей (формирование спектроскопических изображений методом магнитного резонанса или MRSI). Кроме того, хотя некоторые приложения MR-спектроскопии основаны на исследовании спектра¹H, зондирование других ядер также позволяет получать полезную информацию. Например, MR-спектроскопия¹³C обеспечивает большую дисперсию химического сдвига и полезна для зондирования локализованного биологического метаболизма.

Однако трудно получить локализованный спектр¹³C in vivo. Широкое распределение химического сдвига ядра ¹³C соответствует спектрально широкому спектру MR-спектроскопии¹³C, который, в свою очередь, обуславливает широкополосный импульс возбуждения. Эта проблема возрастает с усилением магнитного поля B₀. Например, в случае поля B₀ 7 тесла импульс возбуждения должен иметь ширину полосы 16 кГц. Генерация полной радиочастотной (RF) мощности для такого возбуждения затруднена и сопряжена с проблемами безопасности, например превышения допустимых пределов удельной поглощенной мощности ионизирующего излучения (SAR).

Другая трудность с локализованной MR-спектроскопией ¹³C in vivo связана с использованием высокой напряженности градиента магнитного поля для выбора полезно “тонких” срезов или достаточно локализованных единичных вокселей или сетки вокселей. Эта проблема взаимосвязана с широким распределением химического сдвига и необходимого широкополосного возбуждения для обеспечения локализации разных срезов для разных участков широкого спектра¹³C. Эта трудность в получении пространственной локализации с высоким разрешением усугубляется низким гиромагнитным отношением ядер¹³C, которое снижает эффективность градиентов магнитного поля для пространственной локализации.

Еще одна трудность с локализованной MR-спектроскопией ¹³C in vivo связана с фазовым искажением спектра MR-спектроскопии¹³C, обусловленным адиабатическими RF импульсами. В сильном поле B₀ адиабатические импульсы возбуждения, в которых модулируются амплитуда и фаза, используются для обеспечения устойчивости к изменению поля B₁ и частотному смещению. Возбуждение адиабатических RF импульсов особенно полезно для MR-спектроскопии¹³C, поскольку оно обеспечивает устойчивость к большой ширине полосы спектра¹³C. Однако использование возбуждения адиабатических RF импульсов приводит к фазовому искажению, которое усложняет обработку и анализ данных.

Ввиду этих трудностей было предложено использовать перенос поляризации¹H→¹³C для MR-спектроскопии¹³C. См Klomp et al., “Polarization transfer for sensitivity-enhanced MRS using a single radio frequency transmit channel”, NMR Biomed. vol. 21 pp. 444-452 (2007). Этот подход возбуждает и пространственно локализует магнитный резонанс¹H и затем применяет спин-спиновое взаимодействие для переноса пространственно локализованной поляризации¹H на ядра¹³C. Последовательность импульсов MR включает в себя пространственную локализацию посредством спектроскопии in vivo с отбором изображений (ISIS), действующей на спинах ¹H, с последующим переносом поляризации¹H→¹³C посредством безыскажательного улучшения переноса поляризации (DEPT). В участке DEPT последовательности адиабатические или “полуадиабатические” импульсы BIR4 использовались для манипуляции ядрами ¹³C. Klomp et al. сообщают результаты для поля B₀ 3 тесла.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описаны раскрытые здесь новые и усовершенствованные устройства и способы.

В соответствии с одним раскрытым аспектом, способ содержит этап, на котором осуществляют последовательность магнитного резонанса (MR), включающую в себя: осуществление подпоследовательности возбуждения/локализации на субъекте для возбуждения поляризации¹H, локализованной в выбранной пространственной области субъекта; осуществление подпоследовательности переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹H, генерируемой подпоследовательностью возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер, причем подпоследовательность переноса поляризации включает в себя пару импульсов перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер; и осуществление подпоследовательности считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, устройство содержит сканер на основе магнитного резонанса (MR), генерирующий статическое (B₀) магнитное поле 5 тесла или выше, и контроллер MR, сконфигурированный для управления MR-сканером для осуществления последовательности MR, включающей в себя: осуществление подпоследовательности возбуждения/локализации на субъекте, размещенном в статическом (B₀) магнитном поле, генерируемом MR-сканером, для возбуждения поляризации¹H в выбранной пространственной области субъекта; осуществление подпоследовательности переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹H, генерируемой подпоследовательностью возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер; и осуществление подпоследовательности считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопи) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, на носителе данных хранятся инструкции, выполняемые процессором, для управления сканером на основе магнитного резонанса (MR) для осуществления последовательности MR, включающей в себя: осуществление подпоследовательности возбуждения/локализации на субъекте для возбуждения поляризации¹H, локализованной в выбранной пространственной области субъекта; осуществление подпоследовательности переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹H, генерируемой подпоследовательностью возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер, причем подпоследовательность переноса поляризации включает в себя, по меньшей мере, один трапецеидальный импульс перефокусировки с углом 180°, действующий на выбранных разновидностях непротонных ядер; и осуществление подпоследовательности считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта.

Одно преимущество состоит в обеспечении MR-спектроскопии ¹³C или других непротонных ядер в сильном магнитном поле (например, B₀=5 тесла или выше, или B₀=7 тесла или выше).

Другое преимущество состоит в обеспечении MR-спектроскопии ¹³C или других непротонных ядер посредством переноса поляризации с усовершенствованной спектральной шириной полосы.

Другое преимущество состоит в обеспечении MR-спектроскопии ¹³C или других непротонных ядер посредством переноса поляризации со сниженным фазовым искажением.

Дополнительные преимущества станут ясны специалистам в данной области техники после ознакомления с нижеследующим подробным описанием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 схематически демонстрирует систему магнитного резонанса (MR), сконфигурированную для осуществления раскрытой здесь магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии).

Фиг. 2 схематически демонстрирует диаграмму последовательности импульсов для последовательности получения MR-спектроскопии, применяемой системой MR, показанной на Фиг. 1.

Фиг. 3 и 4 - спектры MR¹³C, полученные без широкополосного разделения (Фиг. 3) и с широкополосным разделением (Фиг. 4).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно Фиг. 1, система магнитного резонанса включает в себя сканер 10 на основе магнитного резонанса (MR), например, проиллюстрированный MR-сканер Achieva™ (производства Koninklijke Philips Electronics N.V., Эйндховен, Нидерланды), или MR-сканер Intera^TM или Panorama^TM (также производства Koninklijke Philips Electronics N.V.), или другой коммерчески доступный MR-сканер, или некоммерческий MR-сканер и т.д. В типичном варианте осуществления MR-сканер включает в себя внутренние компоненты (не показаны), например, сверхпроводящий или резистивный главный магнит, генерирующий статическое (B₀) магнитное поле, наборы обмоток катушки градиента магнитного поля для наложения выбранных градиентов магнитного поля на статическое магнитное поле, систему радиочастотного возбуждения для генерации радиочастотного (B₁) поля на частоте, выбранной для возбуждения магнитного резонанса (обычно магнитного резонанса¹H, хотя возможно также возбуждение других магнитно-резонансных ядер или множества магнитно-резонансных ядер), и радиочастотную приемную систему, включающую в себя матрицу радиочастотных приемных катушек или множество приемных катушек для детектирования сигналов магнитного резонанса, излучаемых из субъекта.

Также согласно Фиг. 1, MR-сканер 10 действует под управлением модуля 12 управления магнитным резонансом (MR) осуществления магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) с использованием последовательности 14 импульсов MR, которая действует посредством возбуждения и локализации поляризации¹H с последующим переносом, по меньшей мере, части этой поляризации на ядра¹³C. Последовательность 14 импульсов MR включает в себя протонную часть 14H, которая манипулирует ядрами¹H, и углеродную часть 14C, которая манипулирует ядрами¹³C. Последовательность 14 импульсов MR аналогична описанной в статье Klomp et al., “Polarization transfer for sensitivity-enhanced MRS using a single radio frequency transmit channel”, NMR Biomed. vol. 21 pp. 444-452 (2007) (далее “Кломп”), которая в полном объеме включена в настоящее описание изобретения посредством ссылки, и действует на основе возбуждения и пространственной локализации ядер¹H протонной частью 14H с последующим переносом поляризации¹H→¹³C путем оперативного комбинирования протонной и углеродной частей 14H, 14C. Однако, как раскрыто здесь, кломпова последовательность импульсов MR имеет ряд недостатков, которые снижают или полностью ликвидируют ее эффективность в более сильном магнитном поле, например, при B₀>3 тесла. С другой стороны, раскрытая здесь последовательность 14 импульсов MR способна действовать эффективно в более сильном магнитном поле, например, при B₀=5 тесла или B₀=7 тесла. Последовательность 14 импульсов MR надлежащим образом используется для формирования спектроскопических изображений методом MR (MRSI) или для получения единичного вокселя (SV).

В памяти 16 данных MR накапливаются данные, полученные с помощью последовательности 14 импульсов MR. Модуль 18 анализа и представления данных MR-спектроскопии обрабатывает данные MR-спектроскопии для получения полезной информации. Например, модуль 18 анализа и представления данных MR-спектроскопии надлежащим образом графически отображает полученный спектр¹³C для вокселя как функцию частоты (или волнового числа, или другой спектральной метрики) или отображает изображение, пиксельные или воксельные интенсивности которого соответствуют пиковому значению спектрального пика MR, представляющего интерес, или графически отображает пиковое значение спектрального пика MR, представляющего интерес, для единичного вокселя как функцию времени для выделения функциональной информации, и т.д.

Различные вычислительные и запоминающие компоненты 12, 16, 18 надлежащим образом реализуются иллюстративным компьютером 20 или другим устройством цифровой обработки, где используется многоядерный процессор или другой параллельный процессор, одноядерный процессор, графический процессор, т.е. GPU, и т.д. и имеется шина связи или другое оперативное соединение с MR-сканером 10, позволяющее MR-сканеру 10 осуществлять получение данных MR-спектроскопии, включающее в себя применение последовательности 14 импульсов MR. Хотя устройство цифровой обработки применяет цифровой процессор, устройство цифровой обработки также может включать в себя или иметь доступ к некоторой аналоговой схеме, например, аналоговой или гибридной цифровой/аналоговой специализированной интегральной схеме (ASIC). Раскрытые методы MR-спектроскопии также могут быть реализованы в виде носителя данных, на котором хранятся инструкции, которые при выполнении процессором устройства 20 цифровой обработки осуществляют раскрытые операции. Например, носитель данных может содержать жесткий диск, оптический привод, оперативную память (RAM), флэш-память или другую электростатическую память, различные их комбинации, или другой пригодный носитель данных. Эти типы носителей данных также можно использовать в качестве памяти 16 данных MR. Действительно, в некоторых вариантах осуществления общий носитель данных (например, жесткий диск компьютера) может обеспечивать одновременно память 16 данных MR и хранилище инструкций, которые, при выполнении процессором устройства 20 цифровой обработки, осуществляют раскрытые операции. Система MR обычно также включает в себя иллюстративную клавиатуру 22 или другое устройство пользовательского ввода (например, мышь, шаровой манипулятор, или другое указательное устройство), посредством которого пользователь вводит команды, параметры и т.д. для инициирования и контроля получения MR-спектроскопии, обработки данных и/или представления данных. Спектры MR, изображения MRSI или другое представление данных MR-спектроскопии, выводимые модулем 18 анализа и представления данных MR-спектроскопии, надлежащим образом отображаются на устройстве отображения, например, иллюстративном устройстве 24 отображения иллюстративного компьютера 20. Хотя различные компоненты 12, 18 обработки, память 16 данных и компоненты 22, 24 взаимодействия с пользователем проиллюстрированы как интегрированные или встроенные в единичный иллюстративный компьютер 20, следует понимать, что эти различные компоненты и/или память могут быть альтернативно по-разному реализованы разными компьютерами, сетевыми серверами, процессорами, базирующимися в Интернете, компонентами сети облачных вычислений и т.д.

Последовательность 14 импульсов MR показана как интегрированная с контроллером 12 MR. Например, последовательность 14 импульсов MR может храниться в памяти или на носителе данных контроллера 12 MR. В альтернативном подходе последовательность 14 импульсов MR-спектроскопии может храниться на носителе данных, отдельном от контроллера 12 MR, но находящемся в оперативной связи с ним. Последовательность 14 импульсов MR-спектроскопии может храниться в виде инструкций, выполняемых контроллером 12 MR, или в виде данных, обрабатываемых контроллером 12 MR. В порядке примера последнего варианта, каждый импульс может быть представлен в последовательности 14 импульсов MR-спектроскопии источником (например, радиочастотной катушкой, катушкой градиента магнитного поля или другим генератором) и параметрами импульса, например, амплитудой, длительностью, частотой импульса и т.д.

На Фиг. 2 иллюстративная последовательность 14 импульсов MR показана в увеличенном виде с дополнительными метками. Следует понимать, что на Фиг. 2 показано схематическое представление последовательности 14 импульсов MR-спектроскопии, включающее в себя описанные здесь характерные признаки. Последовательность 14 импульсов MR-спектроскопии может включать в себя дополнительные или другие импульсы, которые не показаны на Фиг. 2. Например, при использовании при получении MRSI, последовательность 14 импульсов MR-спектроскопии обычно включает в себя пригодные импульсы градиента магнитного поля пространственного кодирования, которые не показаны на Фиг. 2.

Последовательность 14 импульсов MR включает в себя следующие компоненты. Подпоследовательность 30 возбуждения/локализации ¹H применяется для возбуждения и локализации магнитного резонанса¹H. Согласно подходу Кломпа, подпоследовательность 30 возбуждения/локализации ¹H в иллюстративном примере включает в себя пространственную локализацию посредством спектроскопии in vivo с отбором изображений (ISIS); однако можно применять и другие (под)последовательности импульсов возбуждения и пространственной локализации. В схеме, показанной на Фиг. 2, подпоследовательность 30 возбуждения/локализации ¹H показана в виде схематического прямоугольника на графике зависимости амплитуды RF от времени; однако следует понимать, что подпоследовательность 30 возбуждения/локализации ¹H может включать в себя различные пространственные градиенты для обеспечения пространственной локализации.

Подпоследовательность 30 возбуждения/локализации ¹H сопровождается подпоследовательностью 32 переноса поляризации ¹H→X. В этой системе обозначений символ “X” обозначает целевой непротонный изотоп, на который переносится поляризация¹H через спин-спиновое взаимодействие подпоследовательностью 32 переноса поляризации. В иллюстративных вариантах осуществления “X” является изотопом ¹³C; однако в других вариантах осуществления “X” могут быть другими разновидностями непротонных ядер, например, ¹⁵N, ³¹P и т.д. Иллюстративный пример, в котором X=¹³C представляет существенный медицинский и ветеринарный интерес, постольку MR-спектроскопия¹³C может обеспечивать метаболическую информацию, относящуюся к мозгу, мускулатуре, печени или другим тканям in vivo, представляющим интерес.

Опять же, согласно Кломпу, иллюстративная подпоследовательность 32 переноса поляризации применяет безыскажательное улучшение переноса поляризации (DEPT). Однако подпоследовательность 32 переноса поляризации включает в себя определенные раскрытые здесь усовершенствования. В последовательности DEPT Кломпа адиабатические или “полуадиабатические” импульсы BIR4 использовались для манипуляции ядрами ¹³C. Такие импульсы описаны в статье Кломпа для обеспечения удовлетворительных характеристик при 3 тесла. Однако, как раскрыто здесь, блоховские модели этих импульсов BIR4 указывают, что они обеспечивают постоянный угол наклона вектора только при частоте свыше около ±2 кГц (т.е. в пределах ширины полосы около 4 кГц). Напротив, в магнитном поле B₀ 7 тесла спектр¹³C имеет ширину полосы около 16 кГц. Было установлено, что ограничение ширины полосы импульсов BIR4 является следствием фазового искажения, которое не позволяет импульсам BIR4 обеспечивать однородный угол наклона вектора для значений ширины полосы свыше около 4 кГц.

Как раскрыто здесь, проблему фазового искажения можно решить, разделяя импульс перефокусировки с углом 180° на два импульса перефокусировки, фазовые искажения которых гасят друг друга. Соответственно, иллюстративная подпоследовательность 32 поляризации включает в себя два импульса 34, 35 перефокусировки с углом 180° в протонной части 14H и два импульса 36, 37 перефокусировки с углом 180° в углеродной части 14C (или, в более общем случае, в непротонной “X” части).

Помимо обеспечения подавления фазового искажения, импульсы 34, 35, 36, 37 перефокусировки также призваны быть адиабатическими и обеспечивать постоянный угол наклона вектора в пределах большой ширины полосы, например, 16 кГц, в некоторых вариантах осуществления. В отличие от импульсов BIR4 сложной формы, эти цели адиабатических и широкополосных характеристик достигаются посредством парных импульсов 34, 35, 36, 37 перефокусировки простой трапецеидальной формы. Ниже описана пригодная структура импульсов 34, 35, 36, 37 перефокусировки в виде импульсов адиабатической инверсии трапецеидальной формы, не зависящей от смещения (OIT).

В структуре импульсов 34, 35, 36, 37 перефокусировки частотная модуляция применяется для создания адиабатической инверсии спинов. Удобное описание этого процесса использует вторую вращающуюся рамку, частота которой совпадает с мгновенной частотой RF сигнала на протяжении импульса. В этой рамке вектор намагниченности первоначально ориентирован вдоль оси +Z и остается синхронизированым по спину с мгновенным приложенным полем, создаваемым модуляцией амплитуды RF сигнала и частоты RF сигнала. Развертка частоты RF сигнала от некоторого значения +ω₀ до -ω₀ одновременно с модуляцией амплитуды RF сигнала в порядке 0→ω₁→0 будет создавать инверсию спинов в пределах некоторой частотной области в диапазоне -ω₀≤Ω≤+ω₀, при условии, что модуляция осуществляется достаточно медленно, чтобы намагниченность оставалась синхронизированной по спину с полем ω_e эффекта. Если обозначить α угол, который ω_e образует с осью +Z, то следующее условие гарантирует, что синхронизация по спину поддерживается для группы спинов с резонансной частотой Ω:

где

Функции F₁(t) и F₂(t) описывают нормализованную временную зависимость амплитудной и частотной модуляции, применяемой на протяжении интервала импульса. Соотношение между F₁(t) и F₂(t) для осуществления полной инверсии спинов в строго определенном диапазоне частот: -ω₀≤Ω≤+ω₀ для произвольный амплитудной модуляции RF сигнала F₁(t) выглядит следующим образом (см., например, Tannus et al., J. Magn. Reson, 120, 133-137 (1996)):

Инверсия спинов, охватывающая развертку частоты (ω₀) в широких пределах с низкой максимальной напряженностью RF поля (ω₁), обеспечивается за счет применения постоянного RF поля при развертке частоты от +ω₀ до -ω₀ (т.е. радиоимпульса с линейной частотной модуляцией). Этот подход может охватывать почти любой желаемый диапазон резонансного смещения (Ω). Кроме того, если структура ограничивается напряженностью RF поля (ω₁), то этот способ может быть эффективен для осуществления такой инверсии.

Способ линейной развертки не является избирательным по срезу, поскольку увеличение значений Ω приводит к нарушению адиабатического условия на концах диапазона развертки частоты. Импульсы OIT позволяют избежать этой проблемы благодаря тому, что амплитуда RF сигнала может линейно нарастать до начала линейной развертки частоты, и линейно спадать после окончания линейной развертки частоты. Адиабатическое условие поддерживается в ходе операций линейного изменения амплитуды RF сигнала и развертки частоты. В центральном интервале (Tc) импульса OIT амплитуда RF сигнала постоянна (F₁(t)=1) и в некоторой точке интервала функция: (ω₀F₂(t)-Ω)=0. Для линейной развертки частоты условие синхронизации по спину сводится к:

В этой точке, для спинов, резонирующих на Ω, напряженность поля синхронизации по спину падает до своего минимального значения: ω_e=ω₁. При выборе максимального темпа развретки частоты условие синхронизации по спину становится равенством в этой точке, и центральный интервал для трапецеидального импульса инверсии можно выбрать как:

В начале RF импульса частота RF сигнала поддерживается постоянной, тогда как амплитуда RF сигнала линейно возрастает на протяжении интервала (Tr). Условие синхронизации по спину выражается в виде:

Желательно, чтобы импульс однородно инвертировал сигнал по области: -ω₀+ϖ≤Ω≤+ω₀-ϖ, где ϖ представляет частотную ширину переходной зоны для профиля среза. Условие синхронизации по спину становится критическим, когда:

При выборе ширины переходной зоны среза пропорциональной максимальной амплитуде RF сигнала:

Условие синхронизации по спину можно упростить, и интервал линейного изменения выбирается равным:

Значение k, выбранное для импульсов OIT, равно √2. Зная интервалы Tr и Tc, можно непосредственно построить функции F₁(t) и F₂(t), чтобы полностью задать импульс OIT. Используя такой конструктивный подход, пару импульсов 36, 37 перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на ¹³C (или, в более общем случае, разновидностях X непротонных ядер), можно сформировать для обеспечения постоянного угла наклона вектора на протяжении ширины полосы, по меньшей мере, 10 кГц, и более предпочтительно, на протяжении ширины полосы 16 кГц в случае ядер¹³C.

Хотя импульсы 34, 35, 36, 37 перефокусировки с углом 180° являются вышеописанными импульсами OIT, импульсы возбуждения с углом 90° и α° для ¹H и ¹³C надлежащим образом блокируют RF импульсы.

Иллюстративная подпоследовательность 32 переноса поляризации применяет DEPT. Однако можно использовать другие подходы переноса поляризации, например, нечувствительные ядра, улучшенные за счет переноса поляризации (INEPT), опять же, предусматривающие использование парных импульсов OIT для обеспечения адиабатических и широкополосных характеристик.

После подпоследовательности 32 переноса поляризации углеродная часть 14C последовательности 14 импульсов MR включает в себя подпоследовательность 40 считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии). В необязательном порядке протонная часть 14H последовательности 14 импульсов MR может включать в себя подпоследовательность 42 разделения¹H-¹³C (или, в более общем случае, разделения¹H-X), применяемую одновременно с подпоследовательностью 40 считывания для отделения протонного резонанса от магнитного резонанса ¹³C (или, в более общем случае, X). В некоторых вариантах осуществления подпоследовательность 42 разделения¹H-¹³C является последовательностью WALTZ16.

MR-спектроскопия¹³C осуществлялась с использованием последовательности 14 импульсов MR. MR-спектроскопия¹³C осуществлялась с помощью MR-сканера для всего тела от Philips 7T, имеющего максимальную напряженность градиента магнитного поля 40 мТл/м и скорость нарастания 200 мТл/м/с, два широкополосных RM усилителя с максимальной выходной мощностью RF 4 кВт, катушку парциального объема с двойной настройкой ¹H/¹³C (генерирующую поле B₁ для возбуждения ¹H 20 мкТл и поле B₁ для возбуждения ¹³C 186 мкТл). Параметры для углеродной части 14C таковы: длительность импульса с углом 90° равна 0,128 мс, и ширина полосы возбуждения равна 7812 Гц; импульс OIT с углом 180° имеет длительность 4,9 мс и ширину полосы 21777 Гц. Параметры для протонной части 14H таковы: длительность импульса с углом 90° равна 0,326 мс, и ширина полосы возбуждения равна 3063 Гц; импульс OIT с углом 180° имеет длительность 4,2 мс и ширину полосы 2725 Гц. Времена задержки τ₁, τ₂, τ_3, указанные для последовательности 14 импульсов MR на Фиг. 2, равны 2,8 мс, 3,75 мс и 2,75 мс соответственно. Другие параметры сканирования, используемые в последовательности 14 импульсов MR, включают в себя TR 10 с, TE 13 мс, ширину полосы получения 16 кГц и 1024 точки данных. Последовательность 42 импульсов WALTZ16 использовалась для отделения ¹H, и значение B₁ составляло 18 мкТл при коэффициенте заполнения 100%.

На Фиг. 3 показан результат сканирования фантома (углеродного SNR фантома для Philips 7T, содержащего 800 мл H₂O, 3,0 г/л NaL, 100 мл ДМСО и 100 мл ацетона D6) с протонным ISIS и двухэховым DEPT. Повышение отношения сигнал-шум составляло около 2, и использовалась фазовая коррекция только нулевого порядка. Сигнал CD₃ полностью удален посредством фазового циклирования.

На Фиг. 4 показан результат, аналогичный Фиг. 3, но с включенным широкополосным разделением (последовательностью 42 импульсов WALTZ16).

Раскрытые методы MR-спектроскопии применимы к любому живому или неживому субъекту. В некоторых приложениях субъект является субъектом in vivo, например, медицинским пациентом, живым ветеринарным субъектом и т.д. В других приложениях субъект может быть неживым субъектом, например, археологической мумией, археологическим артефактом и т.д.

В этом документе описаны один или более предпочтительных вариантов осуществления. Специалисты в данной области техники могут предложить различные модификации и изменения после ознакомления с вышеприведенным подробным описанием. Предполагается, что настоящий документ включает в себя все подобные модификации и изменения, при условии, что они согласуются с объемом нижеследующей формулы изобретения или ее эквивалентов.

Claims

1. Способ магнитно-резонансной спектроскопии, содержащий этап, на котором
осуществляют последовательность (14) магнитного резонанса (MR), включающую в себя:
осуществление подпоследовательности (30) возбуждения/локализации на субъекте для возбуждения поляризации ¹Н, локализованной в выбранной пространственной области субъекта,
осуществление подпоследовательности (32) переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹Н, генерируемой подпоследовательностью (30) возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер, причем подпоследовательность переноса поляризации включает в себя пару трапецеидальных импульсов (36, 37) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер, и
осуществление подпоследовательности (40) считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта.

2. Способ по п. 1, в котором выбранными разновидностями непротонных ядер является ¹³С.

3. Способ по п. 1, в котором подпоследовательность (30) возбуждения/локализации включает в себя пространственную локализацию посредством спектроскопии in vivo с отбором изображений (ISIS).

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором подпоследовательность (32) переноса поляризации применяет безыскажательное улучшение переноса поляризации (DEPT).

5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором пара трапецеидальных импульсов (36, 37) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер, обеспечивает постоянный угол наклона вектора для выбранных разновидностей непротонных ядер на протяжении ширины полосы, по меньшей мере, 10 кГц.

6. Способ по любому из пп. 1-3, в котором пара трапецеидальных импульсов (36, 37) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер, содержит импульсы (36, 37) адиабатической инверсии трапецеидальной формы, не зависящей от смещения (OIT).

7. Способ по любому из пп. 1-3, в котором подпоследовательность (32) переноса поляризации дополнительно включает в себя пару трапецеидальных импульсов (34, 35) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на ядрах ¹Н.

8. Способ по п. 7, в котором пара импульсов (34, 35) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на ядрах ¹Н, обеспечивает постоянный угол наклона вектора для ядер ¹Н на протяжении ширины полосы, по меньшей мере, 6 кГц.

9. Способ по п. 7, в котором пара импульсов (34, 35) перефокусировки с углом 180° для подавления фазового искажения, действующих на ядрах ¹Н, содержит импульсы (34, 35) адиабатической инверсии трапецеидальной формы, не зависящей от смещения (OIT).

10. Способ по любому из пп. 1-3, в котором последовательность (14) магнитного резонанса (MR) дополнительно включает в себя осуществление подпоследовательности (42) разделения, применяемой одновременно с подпоследовательностью (40) считывания для отделения поляризации ¹Н от поляризации выбранных разновидностей непротонных ядер.

11. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий этапы, на которых
генерируют, по меньшей мере, одно из (1) спектра посредством магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) и (2)изображения посредством формирования спектроскопических изображений методом магнитного резонанса (MRSI) из полученных данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта, и
отображают спектр, полученный посредством MR-спектроскопии, или изображение, полученное посредством MRSI.

12. Устройство магнитно-резонансной спектроскопии, содержащее:
сканер (10) на основе магнитного резонанса (MR), генерирующий статическое (В₀) магнитное поле 5 тесла или выше, и
контроллер (12) MR, сконфигурированный для управления MR-сканером для осуществления последовательности (14) MR, включающей в себя:
осуществление подпоследовательности (30) возбуждения/локализации на субъекте, размещенном в статическом (В₀) магнитном поле, генерируемом MR-сканером, для возбуждения поляризации ¹Н, локализованной в выбранной пространственной области субъекта,
осуществление подпоследовательности (32) переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹Н, генерируемой подпоследовательностью (30) возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер, причем подпоследовательность переноса поляризации включает в себя трапецеидальный импульс (36, 37) перефокусировки, действующий на выбранных разновидностях непротонных ядер, и
осуществление подпоследовательности (40) считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта.

13. Устройство по п. 12, в котором подпоследовательность переноса поляризации включает в себя пару трапецеидальных импульсов (36, 37) адиабатической инверсии, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер.

14. Носитель данных, на котором хранятся инструкции, выполняемые процессором (12), для управления сканером (10) на основе магнитного резонанса (MR) для осуществления последовательности (14) MR, включающей в себя:
осуществление подпоследовательности (30) возбуждения/локализации на субъекте для возбуждения поляризации ¹Н, локализованной в выбранной пространственной области субъекта,
осуществление подпоследовательности (32) переноса поляризации для переноса локализованной поляризации ¹Н, генерируемой подпоследовательностью (30) возбуждения/локализации, на выбранные разновидности непротонных ядер, причем подпоследовательность переноса поляризации включает в себя, по меньшей мере, один трапецеидальный импульс (36, 37) перефокусировки с углом 180°, действующий на выбранных разновидностях непротонных ядер, и
осуществление подпоследовательности (40) считывания магнитно-резонансной спектроскопии (MR-спектроскопии) для получения данных MR-спектроскопии для выбранных разновидностей непротонных ядер в выбранной пространственной области субъекта.

15. Носитель данных по п. 14, в котором подпоследовательность переноса поляризации включает в себя пару трапецеидальных импульсов (36, 37) перефокусировки с углом 180°, действующих на выбранных разновидностях непротонных ядер.