Dispositivo para mejorar la sensibilidad de las bobinas receptoras en imágenes médicas por resonancia magnética.

La presente invención tiene por objeto un dispositivo para mejorar la sensibilidad de las bobinas de superficie que se usan en la obtención de imágenes mediante resonancia magnética (RM) para aplicaciones médicas. Dicho dispositivo consta de un elemento focalizador del campo magnético, una bobina receptora y un circuito electrónico de adaptación al sistema de medida, con el que se consigue aumentar la capacidad de obtener imágenes profundas mediante dichas bobinas de superficie, o asimismo aumentar la calidad de las imágenes que se obtendrían habitualmente a partir de dichas bobinas, o asimismo disminuir el tiempo de adquisición de las mismas

Dispositivo para mejorar la sensibilidad de las bobinas receptoras en imágenes médicas por resonancia magnética.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un dispositivo para mejorar la sensibilidad de las bobinas de superficie que se usan en la obtención de imágenes mediante resonancia magnética (RM) para aplicaciones médicas. Dicho dispositivo consta de un elemento focalizador del campo magnético, una bobina receptora y un circuito electrónico de adaptación al sistema de medida, con el que se consigue aumentar la capacidad de obtener imágenes profundas mediante dichas bobinas de superficie, o asimismo aumentar la calidad de las imágenes que se obtendrían habitualmente a partir de dichas bobinas, o asimismo disminuir el tiempo de adquisición de las mismas.

Estado de la técnica

La obtención de imágenes médicas por RM es una técnica muy extendida en la actualidad. Se basa en la aplicación sucesiva de pulsos de radiofrecuencia sobre un tejido ya magnetizado por un campo magnético estático de gran intensidad. La aplicación de dichos campos permite, mediante un adecuado procesado de la señal, identificar la localización espacial de los espines nucleares y, de ese modo, obtener una imagen del objeto de estudio.

Cuando se está interesado en obtener imágenes de una zona corporal específica del paciente, resulta útil recurrir a bobinas de superficie [M.R. Bendall, "Surface Coil Technology". in Magnetic Resonance Imaging, ed. by C.L. Partain, R.R. Price, J.A. Patton, M.V. Kulkarni, A.E. James, Saunders, Philadelphia, 1988] cuya capacidad para captar imágenes profundas depende típicamente de su tamaño: a mayor tamaño mayor sensibilidad. Ello es debido a que las líneas del campo magnético producido por la bobina de superficie tienden a dispersarse a medida que se alejan de la bobina, con lo que disminuye la sensibilidad de ésta, así como su capacidad de localización espacial.

Una forma de evitar la dispersión espacial de dichas líneas de campo es intercalar entre la bobina y el cuerpo del paciente un dispositivo capaz de focalizar dichas líneas de campo. En una reciente publicación [R. Marqués et al "Theory of three dimensional sub-diffraction imaging" Appl Phys. Lett., vol. 89, 21113 (2006)] se ha demostrado que es posible focalizar las líneas del campo electromagnético mediante dispositivos artificiales, obteniéndose un haz focalizado. De acuerdo con el Teorema de Reciprocidad de Lorentz, el incremento de la sensibilidad de una bobina de superficie a la que se le ha acoplado uno de estos dispositivos es igual a la capacidad de focalización de dicho dispositivo.

Existen diversos dispositivos capaces teóricamente de producir esta focalización del campo magnético. En 2000, J. Pendry [J. Pendry "Negative refraction makes perfect lens", Phys. Rev. Lett., vol. 85, 3967-3970 (2000)] demostró que una lámina de espesor d de un hipotético medio con permitividad relativa \varepsilon_r=-1 y permeabilidad relativa μ_r=-1 era capaz de focalizar el campo electromagnético de modo que cualquier distribución de campo se reproducía a una distancia 2d al otro lado de la lámina.

Un medio artificial con \varepsilon_r y μ_r simultáneamente negativos (y, eventualmente, con \varepsilon_r=-1 y μ_r=-1) fue patentado por D. Smith et al. [Int. App. Number: PCT/US01/08563] y publicado también en el año 2000 [D. Smith et al. "Composite Médium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity", Phys. Rev. Lett., vol. 84, 4184-4188 (2000)]. No obstante, las frecuencias normalmente usadas en la adquisición de imágenes médicas por RM posibilitan tratar independientemente el campo eléctrico y el campo magnético, de modo que para este propósito sólo seria necesaria una lámina con μ_r=-1. Esta posibilidad fue demostrada usando láminas de ferrita, que poseen una zona de permeabilidad negativa cerca de la frecuencia de resonancia ferrimagnética, en [Marqués et al. "Near-field enhanced imaging by a magnetized ferrite slab", Appl. Phys. Lett. Vol. 86, 023505 (2005)]. No obstante, en RM no es posible usar materiales ferrimagnéticos, por lo que esta realización resulta del todo inapropiada para la aplicación deseada.

Recientemente, se ha reportado un dispositivo basado en un principio físico diferente, capaz también de producir la focalización del campo magnético bajo ciertas circunstancias [M. Freiré et al. "Planar magnetoinductive lens for three-dimensional subwavelength imaging", Apl. Phys. Lett., vol. 86, 182505 (2005)]. Dicho dispositivo, llamado "lente magnetoinductiva", tiene un comportamiento similar al de la mencionada lámina de μ_r=-1, aunque su diseño sólo involucra dos láminas paralelas de resonadores magnéticos.

Descripción de las figuras

En la Fig. 1 se representa un esquema del dispositivo. En éste aparece el dispositivo focalizador (1), la bobina receptora (2) y el circuito de adaptación (3).

En la Figura 2 se representa un esquema de la realización preferida del dispositivo focalizador, constituido por un arreglo tridimensional (en red cúbica simple) de resonadores con forma de espira circular (el elemento capacitivo se representa por un corte en la espira).

En la Figura 3, de modo meramente descriptivo y sin ánimo de ser exhaustivos, se representan algunos de los resonadores que podrían utilizarse para realizar el dispositivo focalizador de la Fig. 2. Se trata de una espira con un condensador conectado en serie (4), de un par de tiras metálicas en forma de anillo, cortadas y apiladas de modo conveniente (5) y de una modificación del diseño anterior en la que ambas tiras se conectan para formar una hélice (6), de manera que el acoplo capacitivo entre los anillos (4) y (5) proporcionan una capacidad distribuida que sustituye al condensador.

En la Figura 4 se representa un esquema de la bobina receptora de la realización preferida, formada por una simple espira circular.

En la Figura 5 y sin ánimo de ser exhaustivo se representa el esquema de un posible circuito de adaptación.

Finalmente, en la figura 6 se representa una simulación electromagnética de la sensibilidad de una espira circular con y sin el elemento focalizador que, a efectos de la simulación, se supone un medio efectivo de permeabilidad relativa μ_r=-1. La sensibilidad es directamente proporcional al valor del campo magnético creado por una corriente de módulo unidad sobre la espira. Así, el eje vertical de coordenadas en las figuras corresponde al cálculo del campo magnético axial normalizado producido por una bobina de 3 pulgadas de diámetro, con y sin el elemento localizador, cuando una corriente de módulo unidad fluye por la bobina. El eje horizontal corresponde a la distancia en centímetros medida a lo largo del diámetro de la bobina con el origen de coordenadas en el centro de la bobina. La bobina se halla situada a 4 centímetros de un plano de referencia que podría representar la piel del paciente en un experimento de resonancia magnética. En las figuras se muestra el valor del campo para distintas distancias en centímetros a este plano de referencia. Puede observarse como la presencia del elemento focalizador aumenta la intensidad del campo magnético y, por tanto, la sensibilidad de la espira, en el interior del cuerpo del paciente.

Descripción de la invención

La invención consta de:

- El dispositivo de focalización

- Una bobina receptora de superficie, cuyo objeto es recibir la señal de radiofrecuencia procedente de los espines nucleares

- El circuito de adaptación entre la bobina y el aparato de medida.

Todos esto elementos se disponen en orden directo a partir del cuerpo del paciente, de modo que la bobina sea el elemento mas externo, y se conecta a una máquina y a un sistema de medida de RM convencionales.

Pasemos en primer lugar a considerar las diversas posibilidades para realizar el dispositivo de focalización. En primer lugar consideraremos la posibilidad de realizar un medio con μ_r=-1 apropiado para la aplicación que se considera. Es importante señalar que es preciso obtener las propiedades magnéticas que se desean a partir de elementos no magnéticos que no interfieran con los fuertes campos magnéticos estáticos que se utilizan en RM. En principio cualquier colección de resonadores que proporcionen bucles cerrados...

1. Dispositivo para mejorar la sensibilidad de las bobinas receptoras en imágenes médicas por resonancia magnética caracterizado porque consta de: