Магнитно-резонансная визуализация с использованием силы давления акустического излучения

Магнитно-резонансная визуализация с использованием силы давления акустического излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к направляемому магнитным резонансом сфокусированному ультразвуку высокой интенсивности, в частности, оно относится к определению смещения ткани посредством сфокусированного ультразвука высокой интенсивности с использованием магнитно-резонансной визуализации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) матрица элементов ультразвуковых преобразователей используется, чтобы сформировать ультразвуковой преобразователь. Подача электропитания переменного тока на элементы преобразователя заставляет их генерировать ультразвуковые волны. Ультразвуковые волны от каждого из элементов преобразователя складываются или вычитаются в различных местах на пути прохождения пучка. Управляя фазой переменного тока электропитания, подаваемого на каждый из элементов преобразователя, можно управлять фокусом или объемом, в котором фокусируется мощность ультразвука.

Терапия опухолей сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU) требует большой степени пространственной точности, чтобы избежать повреждения здоровой ткани, а также для получения оптимального использования системы. Как показывает существующая практика, хотя избежать повреждения здоровой ткани из-за плохого наведения обычно легко для больших стационарных опухолей, если в качестве текущей практики использовать маломощную тестовую обработку ультразвуком, технические характеристики и/или клинические показатели системы могут пострадать, например, при использовании неправильного знания положения для алгоритма обратной связи. А это переходит в снижение эффективности лечения.

Магнитно-резонансная (MR) визуализация, использующая силу давления акустического излучения, (MR-ARFI) может использоваться для наблюдения силы излучения, с помощью которой на ткань в организме оказывают воздействие волны механического давления. Это, например, содержит оценку силы излучения, создаваемой поглощаемым сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности.

Статья "Magnetic resonance acoustic radiation force imaging" авторов McDannold и Maier, опубликованная в журнале Medical Physics, том 35, август 2008, стр. 3748-3758, раскрывает эластографический способ определения смещения, вызываемого сфокусированным ультразвуком, использующий магнитно-резонансную визуализацию.

Патентная заявка США US 2011/0270136 описывает эффективную фокусировку ультразвука, причем фокусировка регулируется, регулируя фазы и амплитуды фазированной матрицы элементов преобразователя. Местоположение и критерий ультразвукового фокуса подтверждаются или визуализируются посредством магнитно-резонансной визуализации с использованием силы акустического излучения (MR-ARFI).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение обеспечивает в независимых пунктах формулы изобретения медицинское устройство, компьютерный программный продукт и способ. Варианты осуществления описываются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Как должны понимать специалисты в данной области техники, варианты настоящего изобретения могут быть реализованы как устройство, способ или компьютерный программный продукт.

Соответственно, варианты настоящего изобретения могут принимать форму полностью аппаратурного варианта осуществления, полностью программного варианта осуществления (содержащего встроенные программы, резидентное программное обеспечение, микрокод и т. д.) или варианта осуществления, объединяющего программный и аппаратурный варианты, которые все могут обычно здесь упоминаться как "схема", "модуль" или "система". Дополнительно, варианты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, реализуемого на одном или более считываемых компьютером носителях, имеющих содержащийся на них исполняемый компьютером код.

Может использоваться любая комбинация одного или более считываемых компьютером носителей. Считываемый компьютером носитель может быть машиночитаемым носителем сигнала или считываемым компьютером носителем для хранения данных. Термин "машиночитаемый носитель", как он используется здесь, охватывает любой физический носитель для хранения данных, который может хранить команды, исполняемые процессором компьютерного устройства. Машиночитаемый носитель может упоминаться как считываемый компьютером непередаваемый носитель для хранения данных. Машиночитаемый носитель может также упоминаться как физический считываемый компьютером носитель. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель для хранения данных может также быть способен хранить данные, к которым может быть способен получать доступ процессор компьютерного устройства. Примерами машиночитаемых носителей для хранения данных являются, не ограничиваясь только этим: дискета, магнитный жесткий диск, твердотельный жесткий диск, флэш-память, карта флэш-памяти USB, оперативная память (RAM), постоянная память (ROM), оптический диск, магнитооптический диск и файл регистра процессора. Примерами оптических дисков являются компакт-диски (CD) и цифровые универсальные диски (DVD), например CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или диски DVD-R. Термин "машиночитаемый носитель" также относится к различным типам носителей записи, пригодных для получения к ним доступа компьютерным устройством через сеть или линию связи. Например, данные могут быть получены через модем, через Интернет или по локальной сети. Машиноисполняемый код, находящийся на машиночитаемом носителе, может передаваться, используя любую соответствующую среду, включая, в том числе, но не ограничиваясь только этим, беспроводную среду, проводную среду, оптоволоконный кабель, радиочастотную среду и т.д. или любую соответствующую комбинацию вышесказанного.

Машиночитаемый носитель сигнала может содержать распространяющийся сигнал данных с исполняемым компьютером кодом, заключенным в нем, например, в основной полосе или как часть несущей волны. Такой распространяемый сигнал может принимать любую из множества форм, в том числе, в частности, электромагнитную, оптическую или любую соответствующую их комбинацию. Машиночитаемый носитель сигнала может быть любым машиночитаемым носителем, который не является машиночитаемым носителем для хранения данных и который может передавать, распространять или транспортировать программу для использования системой исполнения команд, оборудованием или устройством или в связи с ними.

"Компьютерная память" или "память" является примером машиночитаемого носителя для хранения данных. Компьютерная память является любой памятью, которая напрямую доступна процессору. "Компьютерное запоминающее устройство" или "запоминающее устройство" является дополнительным примером машиночитаемого носителя для записи данных. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым машиночитаемым носителем для хранения данных. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может также быть компьютерной памятью или наоборот.

Термин "процессор", как он используется здесь, охватывает электронный компонент, способный исполнять программу или исполняемую машиной команду или исполняемый компьютером код. Ссылки на компьютерное устройство, содержащее "процессор", должны интерпретироваться как возможно содержащие более чем один процессор или процессорное ядро. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Термин "процессор" может также относиться к группе процессоров внутри единой компьютерной системы или системы, распределенной среди множественных компьютерных систем. Термин "компьютерное устройство" также должен интерпретироваться так, чтобы по возможности относиться к группе или сети компьютерных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Исполняемый компьютером код может исполняться многочисленными процессорами, которые могут присутствовать в пределах одного и того же компьютерного устройства или которые могут быть даже распределены среди множества компьютерных устройств.

Исполняемый компьютером код может содержать машиноисполняемые команды или программу, которые побуждают процессор выполнять вариант настоящего изобретения. Исполняемый компьютером код выполнения операций для вариантов настоящего изобретения может быть записан в любой комбинации одного или более языков программирования, в том числе объектно-ориентированных языков программирования, таких как Java, Smalltalk, C++ и т.п., и традиционных языков процедурного программирования, таких как язык программирования "C" или подобные языки программирования, и быть скомпилирован в машиноисполняемые команды. В некоторых случаях исполняемый компьютером код может быть в форме языка высокого уровня или в предварительно скомпилированной форме и использоваться в сочетании с интерпретатором, который на лету формирует машиноисполняемые команды.

Исполняемый компьютером код может исполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, как автономный пакет программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть соединен с компьютером пользователя через любой тип сети, в том числе, через локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), или соединение может быть сделано с внешним компьютером (например, через Интернет, используя Интернет-провайдера).

Варианты настоящего изобретения описываются со ссылкой на блок-схему и/или блок-схемы последовательности выполнения операций способов, оборудования (систем) и компьютерных программных продуктов в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Следует понимать, что каждый блок или часть блоков блок-схемы последовательности выполнения операций, чертежей и/или блок-схем могут реализовываться командами компьютерной программы в форме исполняемого компьютером кода, когда это применимо. Дополнительно, следует понимать, что когда это не является взаимоисключающим, блоки на различных блок-схемах последовательностей выполнения операций, чертежах и/или блок-схемах могут объединяться. Эти команды компьютерной программы могут подаваться на процессор универсального компьютера, специализированного компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, образуя такую машину, чтобы, когда команды исполняются процессором компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, осуществлять средство для реализации функций/действий, определенное в блок-схеме последовательности выполнения операций и/или блоке или блоках блок-схемы.

Эти команды компьютерной программы могут также храниться на машиночитаемом носителе, который может управлять компьютером, другим программируемым устройством обработки данных или другими устройствами, чтобы функционировать должным образом, так чтобы команды, хранящиеся на машиночитаемом носителе, создавали производственное изделие, содержащее команды, осуществляющие функцию/действие, указанную в блок-схеме последовательности выполнения действий или в блоке или блоках блок-схемы.

Команды компьютерной программы могут также загружаться на компьютер, другое программируемое устройство обработки данных или другие устройства, чтобы заставить выполнять последовательность операционных этапов, которые должны выполняться на компьютере, другом программируемом устройстве или других устройствах, чтобы создать осуществляемый компьютером процесс, так чтобы команды, исполняемые на компьютере или другом программируемом устройстве, обеспечивали процессы реализации функций/действий, определенных в блок-схеме последовательности выполнения операций и/или блоке или блоках блок-схемы.

Термин "интерфейс пользователя", как он используется здесь, является интерфейсом, позволяющим пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. "Интерфейс пользователя" может также упоминаться как "человеко-машинный" интерфейс. Интерфейс пользователя может предоставлять информацию или данные оператору и/или получать информацию или данные от оператора. Интерфейс пользователя может позволить выполнять ввод от оператора, который должен приниматься компьютером, и может предоставлять пользователю выход от компьютера. Другими словами, интерфейс пользователя может позволять оператору управлять или манипулировать компьютером и интерфейс может позволять компьютеру показывать эффекты от управления или манипулирования оператора. Отображение данных или информации на устройстве отображения или графическом интерфейсе пользователя является примером предоставления информации оператору. Прием данных через клавиатуру, "мышь", шаровой манипулятор, сенсорную панель, джойстик, графический планшет, ручку управления, игровой планшет, веб-камеру, гарнитуру, рычаги, рулевое колесо, педали, проводящие перчатки, управляющий коврик, дистанционное управление и акселерометр - все это примеры компонент интерфейса пользователя, которые позволяют принимать информацию или данные от оператора.

Термин "аппаратурный интерфейс", как он используется здесь, охватывает интерфейс, позволяющий процессору компьютерной системы взаимодействовать и/или управлять внешним компьютерным устройством и/или оборудованием. Аппаратурный интерфейс может позволить процессору посылать управляющие сигналы или команды на внешнее компьютерное устройство и/или оборудование. Аппаратурный интерфейс может также позволить процессору обмениваться данными с внешним компьютерным устройством и/или оборудованием. Примерами аппаратурного интерфейса являются, в частности: универсальная последовательная шина, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE 488, соединение Bluetooth, соединение беспроводной локальной сети, соединение TCP/IP, соединение Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, MIDI-интерфейс, интерфейс аналогового входа и интерфейс цифрового входа.

Термин "устройство отображения", как он используется здесь, охватывает устройство вывода или интерфейс пользователя, выполненный с возможностью отображения изображений или данных. Устройство отображения может выводить визуальные, аудио- и/или тактильные данные. Примерами устройства отображения являются, в частности: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брейля, электронно-лучевая трубка (CRT), запоминающая трубка, бистабильный дисплей, электронная бумага, векторный дисплей, плоский дисплей, вакуумный флюоресцирующий дисплей (VF), светодиодный (LED) дисплей, электролюминесцентный дисплей (ELD), плазменные панели (PDP), жидкокристаллический дисплей (LCD), дисплей на органических светодиодах (OLED), проектор и шлем-дисплей.

Медицинские данные изображения определяются здесь как двумерные или трехмерные данные, полученные, используя сканер для получения медицинских изображений. Сканер для получения медицинских изображений определяется здесь как устройство, выполненное с возможностью получения информации о физическом строении субъекта и создания наборов двумерных или трехмерных медицинских данных изображения. Медицинские данные изображения могут использоваться, чтобы создавать визуализацию, полезную для диагностики врачом. Эта визуализация может быть выполнена, используя компьютер.

Данные магнитного резонанса (MR) определяются здесь как записанные результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами, антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования магнитно-резонансной визуализации. Данные магнитного резонанса являются примером медицинских данных изображения. Изображение магнитно-резонансной визуализации (MRI) определяется здесь как реконструированная двумерная или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной визуализации. Эта визуализация может быть выполнена, используя компьютер.

Магнитно-резонансные данные могут содержать результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования магнитно-резонансной визуализации, которые содержат информацию, пригодную для использования для магнитно-резонансной термометрии. Магнитно-резонансная термометрия действует, измеряя изменения температурно-чувствительных параметров. Примерами параметров, которые могут измеряться во время магнитно-резонансной термометрии, являются: смещение частоты протонного резонанса, коэффициент диффузии или изменения времени релаксации T1 и/или T2, которые могут использоваться для измерения температуры, используя магнитный резонанс. Смещение частоты протонного резонанса является температурно-зависимым, потому что, как показывает опыт, магнитное поле индивидуальных протонов атомов водорода зависит от окружающей молекулярной структуры. Увеличение температуры уменьшает молекулярный скрининг за счет воздействия температуры на водородные связи. Это приводит к температурной зависимости частоты протонного резонанса.

Плотность протонов линейно зависит от равновесного намагничивания. Поэтому изменения температуры можно определить, используя взвешенные изображения плотности протонов.

Времена релаксации T1, T2, и T2 со звездочкой (иногда записываемое как T2*) также являются температурно-зависимыми. Реконструкция взвешенных изображений T1, T2 и T2 со звездочкой может поэтому использоваться для создания тепловых или температурных карт.

Температура также оказывает влияние на броуновское движение молекул в водном растворе. Поэтому для измерения температуры могут использоваться последовательности импульсов, способные измерять коэффициенты диффузии, такие как импульсные эхо-сигналы спинов градиента диффузии.

Одним из самых полезных способов измерения температуры, используя магнитный резонанс, является измерение смещения частоты протонного резонанса (PRF) протонов воды. Резонансная частота протонов является температурно-зависимой. По мере изменения температуры в объемном элементе изменение частоты будет заставлять изменяться измеренную фазу протонов воды. Поэтому может быть определено изменение температуры между двумя фазовыми изображениями. Этот способ определения температуры обладает тем преимуществом, что он является относительно быстрым по сравнению с другими способами. Способ PRF обсуждается здесь более подробно, чем другие способы. Однако, обсуждаемые здесь способы и технологии также применимы к другим системам термометрии с магнитно-резонансной визуализацией.

Спектральные данные магнитного резонанса определяются здесь как зарегистрированные результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования магнитно-резонансной визуализации, которая содержит информацию, описывающую пики многочисленных резонансов.

Спектральные данные магнитного резонанса могут, например, использоваться для протонного спектрального (PS) получения изображения, основанного на способе температурного картографирования, который может создавать температурные карты по абсолютной шкале. Эта карта температур абсолютной шкалы может поэтому использоваться для выполнения температурной калибровки. Этот способ опирается на физические принципы температурной зависимости смещения протонного резонанса воды как способе, связанном с частотой протонного резонанса, но способ сбора данных является другим: смещение частоты вычисляется из спектра магнитного резонанса. Смещение вычисляется по разности положений пика воды и эталонного протонного пика. В качестве эталона могут использоваться, например, протоны в липидах, поскольку, как известно, их резонансная частота почти независима от температуры, в то время как протонный пик воды имеет линейную зависимость от температуры. Это может быть сделано в объемных элементах, в которых присутствуют оба типа ткани. Если вода и липиды не существуют в одном и том же объемном элементе, можно попытаться использовать в качестве эталона какой-то другой тип ткани, отличный от липидов. Если это не получается, то могут существовать некоторые объемные элементы, для которых эталонные пики и, следовательно, температурные данные недоступны. В таких случаях могут помочь интерполяция и/или температурная фильтрация, поскольку температура тела, как обычно ожидают, пространственно быстро не изменяется и очевидно, что в качестве исключений существуют места с чрезвычайно локализованным повышением температуры, обычно вызываемым тепловой терапией. Использование эталонных пиков делает способ относительно независимым от отклонений в условиях применения или движения между сканированиями. Поскольку при существующих способах сканирование занимает время, по меньшей мере, порядка одной минуты, способ PS чувствителен к движению между сканированиями или изменению температуры во время сканирования. В случае, когда температура постоянна или изменение температуры мало как во времени, так и в пространстве, способ способен создавать полезную информацию. Например, при сфокусированном ультразвуке высокой интенсивности, направляемом магнитным резонансом (MR-HIFU), способ PS может использоваться для обеспечения фактического распределения температуры тела перед началом MR-HIFU или другого температурного лечения, в отличие от использования пространственно однородной начальной температуры запуска, взятой в качестве внутренней температуры тела, измеренной с помощью температурного датчика. Альтернативно, способ PS может использоваться для проверки работоспособности для накопленной температуры между тепловыми процедурами. Этот способ может также использоваться в качестве калибровки в заданные моменты времени во время гипертермии, чтобы уменьшить/удалить фазовые артефакты, например, за счет дрейфа основного поля или движения, которые накапливаются во время PRF-термометрии.

Используемое здесь "ультразвуковое окно" охватывает окно, которое эффективно прозрачно для ультразвуковых волн или энергии. Обычно в качестве ультразвукового окна используется тонкая пленка или мембрана. Ультразвуковое окно может, например, быть выполнено в виде тонкой мембраны из BoPET (двуосно ориентированный терефталат полиэтилена).

В одном из вариантов изобретение обеспечивает медицинское устройство, содержащее систему магнитно-резонансной визуализации. Система магнитно-резонансной визуализации выполнена с возможностью сбора данных магнитного резонанса от субъекта в зоне визуализации. Медицинское устройство дополнительно содержит систему сфокусированного ультразвука высокой интенсивности для направления ультразвука вдоль оси пучка для ультразвуковой обработки целевой зоны отображения. Целевая зона находится внутри зоны визуализации. Медицинское устройство дополнительно содержит процессор для управления медицинским устройством. Медицинское устройство дополнительно содержит память для хранения машиночитаемых команд. Исполнение машиночитаемых команд побуждает процессор управлять системой магнитно-резонансной визуализации, чтобы собирать данные магнитного резонанса, используя импульсную последовательность. Импульсная последовательность, как она используется здесь, является набором команд или управлением, которые последовательно управляют работой системы магнитно-резонансной визуализации для сбора данных магнитного резонанса. Импульсная последовательность содержит импульсную последовательность визуализации с использованием силы акустического излучения. Следует понимать, что импульсная последовательность, как она используется здесь, может также быть комбинацией или чередованием различных импульсных последовательностей. Импульсная последовательность визуализации, используя силу акустического излучения, содержит возбуждающий импульс. Импульсная последовательность визуализации, используя силу акустического излучения, дополнительно содержит многомерный градиентный пульс или волновой сигнал, применяемый во время импульса радиочастотного возбуждения для выборочно возбуждаемой интересующей области.

Многомерный градиентный импульс или волновой сигнал, как он используется здесь, охватывает градиентный импульс или фоновый сигнал, содержащий по меньшей мере две зависящие от времени пространственные составляющие в перпендикулярных направлениях. K-пространство передачи, в результате, пересекается по меньшей мере в двух измерениях при применении радиочастотного возбуждающего импульса в сочетании с многомерной формой градиентного волнового сигнала. Траектория круговой передачи в k-пространстве может достигаться, например, приложением синусоидальных градиентных волновых сигналов в направлениях по осям x и y. Траектория многомерной передачи в k-пространстве заставляет возбужденную интересующую область ограничиваться более чем в одном направлении. Пространственные составляющие многомерного градиента не должны применяться одновременно во времени, хотя они часто применяются или могут применяться последовательно. Радиочастотный возбуждающий импульс может быть импульсной последовательностью, состоящей из нескольких радиочастотных возбуждающих импульсов, немного разделенных во времени с нулевой радиочастотной мощностью в промежутках между ними. Во многих применениях несколько радиочастотных возбуждающих импульсов разделяются во времени на 5 мс или менее.

Интересующая область содержит заданный объем, который охватывает целевую зону и, по меньшей мере, участок оси пучка. Исполнение команд дополнительно побуждает процессор управлять системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, чтобы обрабатывать ультразвуком целевую зону, используя систему сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, так что ультразвуковая обработка целевой зоны происходит во время импульсной последовательности визуализации, используя силу акустического излучения. Исполнение команд дополнительно побуждает процессор реконструировать изображение, полученное с использование силы излучения, используя данные магнитного резонанса. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, потому что многомерный градиентный импульс ограничивает размер интересующей области. Уменьшенный размер интересующей области может значительно сокращать время, необходимое для конструирования изображения, полученного с использованием силы излучения. Это может позволить управление медицинским устройством в реальном времени, используя изображение, полученное с использованием силы давления.

Варианты осуществления изобретения могут ускорять работу MR-ARFI, так что технология может стать полезной для решения многих проблем, которые все, в первую очередь, связаны с прямой оценкой поля давления внутри живого организма. Эта оценка полезна, например, для оптимизации эффективности нагревания и точности, максимизируя выходное давление в желаемом местоположении для любой установленной выходной мощности от преобразователя (изменяя фазы возбуждения элементов преобразователя, а также для проверки правильности положения точки фокуса, причем все это делается, не создавая заметного нагрева или повреждения самой ткани. Кроме того, MR-ARFI может также использоваться для контроля частоты появления кавитации и нелинейностей в зависимости от локального поглощения, а также внезапных изменения, изменяющих, таким образом, локально приложенную силу излучения. Наконец, может также использоваться контроль давления для трансгенеза и доставки лекарственных средств. Эти применения хорошо известны, но оптимизации MR-технологии было уделено мало внимания. Хотя использование MR-ARFI для целей тестовых проверок не критично ко времени, для большинства других намерений использование MR-ARFI критично ко времени. Кроме того, понимание, что обычно существует заинтересованность только в изменениях оценочного давления, когда изменяется какой-то параметр, а не в точных картах смещения высокого разрешения, позволяет среди других способов ускорения сбора данных использовать результаты считываний идентификаторов и получение изображений при уменьшенном поле зрения (FOV).

В некоторых вариантах осуществления заданный объем намного меньше, чем зона визуализации. В некоторых вариантах осуществления заданный объем составляет 1/10 объема зоны визуализации. В других вариантах осуществления заданный объем равен 1/100 объема зоны визуализации.

В некоторых вариантах осуществления пространственное кодирование, выполняемое во время импульсной последовательности визуализации, используя силу акустического давления, осуществляется во время смещения ткани пучком системы сфокусированного ультразвука высокой интенсивности после того, как заканчивается импульс от ультразвуковой системы и ткань затем расслабляется обратно на место, прежде чем будут считаны данные.

Использование многомерного градиентного импульса для выбора трехмерной интересующей области было, например, подробно описано в журнальной статье Schneider et. al. (2012), Inner-volume imaging in vivo using three-dimensional parallel spatially selective excitation. Magn. Reson. Med., doi: 10.1002/mrm.24381. В этой статье пространственно выборочное возбуждение более чем в одном измерении достигается, заканчивая градиентные волновые сигналы в многочисленных пространственных направлениях одновременно с радиочастотным возбуждением. В ней подробно описываются две различные трехмерные траектории передачи в k-пространстве траекторий: одна является массой спиральных траекторий в k-пространстве и другая является концентрической траекторией сферической оболочки в k-пространстве. Масса спиральных траекторий содержит x- и y-градиентные составляющие, которые являются синусоидальными, и результирующие спирали в плоскости xy в k-пространстве разделяются короткими градиентами в направлении оси z. Концентрическая траектория сферической оболочки достигается, кодируя спирали вдоль поверхности сферических оболочек с переменным радиусом. В концентрической траектории оболочки x- и y-градиентные составляющие также являются синусоидальными, хотя и с радиусом, зависящим от z-составляющей. Z-градиент, в свою очередь, имеет постоянную амплитуду во время кодирования каждой оболочки, затем амплитуда меняется для кодирования следующей оболочки. Технологии параллельной передачи использовались в этом исследовании, чтобы субдискретизировать k-пространство передачи, сокращая, таким образом, общую продолжительность возбуждения.

В другом варианте осуществления многомерный градиентный импульс является двумерным градиентным импульсом для возбуждения интересующей области так, что интересующая область имеет двумерное поперечное сечение. Это может, например, быть достигнуто, завершая синусоидальный градиентный волновой сигнал линейным увеличением или уменьшением амплитуды во время возбуждения в двух пространственных направлениях. Результирующая траектория передачи в k-пространстве является тогда двумерной скручивающейся или раскручивающейся спиралью в зависимости от того, уменьшается или увеличивается амплитуда градиента, соответственно. Спиральная траектория передачи в k-пространстве в соединении с радиочастотным импульсом будет приводить в результате к цилиндрическому, так называемому остронаправленному пучку объема возбуждения с круговым поперечным сечением. Завершение различных градиентных волновых сигналов в двух пространственных направлениях будет приводить в результате к различным возбуждениям объема. Двумерное поперечное сечение имеет осевую симметрию относительно оси интересующей области. Ось интересующей области и ось пучка HIFU могут быть коаксиальными. По существу, многомерные градиенты используются, чтобы управлять формой интересующей области. В некоторых вариантах осуществления двумерное поперечное сечение перпендикулярно оси интересующей области. Осевая симметрия может иметь различные формы. В некоторых случаях вращение может быть вращением на конкретный угол, например, если какой-то угол обладает одной и той же симметрией, то поперечное сечение является круговым. Поперечное сечение может также иметь прямоугольную, треугольную, многоугольную или другую форму, которая при вращении на конкретное число градусов является идентичной. Это, конечно, исключает случай, когда двумерное поперечное сечение вращается на 360 градусов.

В другом варианте осуществления двумерный возбужденный объем имеет одно из следующего: круговое поперечное сечение, эллиптическое поперечное сечение, прямоугольное поперечное сечение и многоугольное поперечное сечение.

В другом варианте осуществления импульсная последовательность визуализации дополнительно содержит одномерный градиентный импульс считывания, выровненный с осью пучка. Это особенно предпочтительно при использовании двумерного объема возбуждения, как говорилось выше. В этом случае пространственное направление двумерных градиентов может предпочтительно быть выбранным перпендикулярным к оси пучка HIFU, что приведет к объему возбуждения, который пространственно ограничивается в направлениях, перпендикулярных оси пучка HIFU. Применение одномерного градиента считывания вдоль оси пучка HIFU затем заставит всю возбужденную намагниченность в каждом месте перпендикулярно оси пучка отображаться как спроектированную на ось пучка. Если интересующая область, которая возбуждается многомерным возбуждением, делается достаточно малой вокруг оси пучка, то тогда этот спроецированный одномерный результат считывания может использоваться для получения точного значения смещения ткани, вызванного системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. Это может иметь преимущество дополнительного ускорения сбора данных.

В другом варианте осуществления система магнитно-резонансной визуализации содержит многоэлементную передающую катушку. Импульсная последовательность выполнена с возможностью заставить систему магнитно-резонансной визуализации сократить продолжительность, требующуюся, чтобы ограничить интересующую область до заданного объема, используя многоэлементную передающую катушку. Этот вариант осуществления может иметь преимущество дополнительного уменьшения времени, необходимого для ограничения размера интересующей области. Точно также, уменьшение времени может обмениваться на улучшенный профиль пространственного возбуждения. Мультипередающая катушка позволяет субдискретизацию k-пространства возбуждения точно таким же образом, как матрица приемных катушек позволяет SENSE или субдискретизацию k-пространства приема, чтобы сократить сбор данных, требуя меньшего объема фазовых кодирований.

В другом варианте импульсная последовательность является импульсной последовательностью SENSE или импульсной последовательностью GRAPPA.

В другом варианте осуществления медицинское устройство использует градиент кодирования движения, который является биполярным градиентным импульсом. В этом варианте осуществления ультразвуковая обработка может выполняться дважды и полярность градиента кодирования движения меняется на обратную. Это подобно технологии, используемой при эхо-планарной визуализации, чтобы уменьшить влияние неоднородностей магнитного поля. Два фазовых изображения могут затем вычитаться, чтобы удалить фоновую фазу, в то же время одновременно получая фазовое изображение со средним значением двух выборок, которое содержит только смещение ARFI. Это предпочтительно по сравнению с подходом получения отдельного ARFI-изображения без HIFU, чтобы удалить фоновую фазу, когда кодированное ARFI-изображение смещения усредняется (N=2) и приводит в результате к получению улучшенного SNR без дополнительного времени сканирования.

В другом варианте осуществления исполнение команд дополнительно побуждает процессор выполнять любое из следующего, используя изображение, полученное с использованием силы излучения: обнаруживать пузырьки, обнаруживать некроз ткани, определять смещение ткани, регулировать поло