Procedimiento y dispositivo para la adquisición, procesado v visualización de datos obtenidos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas.

La adquisición simultánea de señales electrofisiológicas junto con imágenes de resonancia magnética (RM) ofrece una combinación ideal para el análisis de determinadas enfermedades.

Estas técnicas están muy limitadas por las interferencias que causan los potentes campos electromagnéticos de los sistemas de RM en los sistemas que adquieren señales electrofisiológicas de los pacientes. Esta patente, propone un procedimiento y un dispositivo para reducir esta interferencia adquiriendo las imágenes de resonancia magnética utilizando una trayectoria en espiral en el espacio K, definida con una limitación en la tasa de cambio y en la amplitud máxima del gradiente, y con crushers triangulares, sincronizando la adquisición de señales electrofisiológicas y de RM con el mismo reloj. Además facilita la corrección de efectos off-resonance en las imágenes y permite el almacenamiento y procesado en tiempo real de los datos adquiridos.

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la adquisición de forma simultánea de señales médicas.

Estado de la técnica

La imagen de resonancia magnética permite obtener diferentes tipos de contraste en imagen médica de forma no invasiva. Esta imagen se forma a partir de la señal electromagnética emitida por los protones de hidrógeno del agua, cuando están 15 sometidos a un campo magnético estático de alta intensidad y pasan de un estado de alta energía, al que se ha llegado mediante la aplicación de un pulso de radiofrecuencia (RF) a la frecuencia de resonancia de Larmor de dichos protones, a otro de baja energía. La localización en el espacio de la señal obtenida se realiza aplicando gradientes de campo magnético en los tres ejes del espacio, que se 20 superponen al campo magnético estático (BO). La interacción entre los propios protones del agua, y de éstos con otras moléculas que los rodean, la densidad de protones en cada tejido y la secuencia de pulsos de RF y de gradientes aplicados, determinan el contraste obtenido en cada imagen. Esta adquisición se realiza en el dominio de las frecuencias espaciales o espacio k. La transformada de Fourier inversa 25 de la adquisición en este espacio da lugar a la imagen de RM.

La imagen de resonancia magnética funcional (RMf) es un tipo de imagen de RM que permite estudiar qué áreas del cerebro se activan durante una determinada tarea o, incluso, en ausencia de ella (conocido como estudio en reposo o resting State). El 30 contraste obtenido en este tipo de imagen de RM se basa en los cambios en la señal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent), producidos porque la tasa de concentración oxihemoglobina / desoxihemoglobina varía por la activación neurona!. Como las propiedades magnéticas de estas dos moléculas son diferentes los cambios de concentración generan variaciones en la señal electromagnética obtenida.

También resulta interesante poder adquirir señales electrofisiológicas o bioeléctricas junto con la imagen de resonancia magnética (RM). Esto ofrecería la combinación ideal de la excelente resolución espacial de las imágenes de RM con la gran resolución temporal de las señales electrofisiológicas como el electrocardiograma 5 (ECG) o el electroencefalograma (EEG). A modo de ejemplo, el EEG permite detectar en el tiempo cuando se produce una crisis epiléptica y gracias a la imagen de RMf se pueden localizar las áreas cerebrales activas en esos periodos de tiempo.

Uno de los objetivos del registro simultáneo de señales bioeléctricas e imágenes de 10 RM es la monitorización de señales vitales del sujeto y utilizarlas para indicar cuándo se deben adquirir las imágenes de RM, por ejemplo, se suele emplear la electrocardiografía (ECG) para iniciar la adquisición RM en la misma fase del latido cardiaco. Sin embargo, para algunas aplicaciones, como EEG/RMf, el principal objetivo de la adquisición simultánea es la interrelación funcional de ambas señales. 15 Desde el punto de vista de las aplicaciones clínicas de EEG/RMf, el estudio de la actividad interictal en pacientes con epilepsia es una de las aplicaciones más interesantes (Ritter et al. 2006). Esta aplicación clínica es diferente a la mayoría de las aplicaciones de RMf porque los estímulos se generan internamente, de forma aleatoria y no frecuente, y es necesario que el EEG lo registre. En la mayoría de los casos sería 20 apropiado realizar un análisis en tiempo real para, por ejemplo, evitar la pérdida de datos o monitorizar la correcta ejecución del experimento.

Sin embargo, hay tres cuestiones principales que dificultan mucho esta técnica y que deben ser resueltas para mejorar la combinación simultánea de las imágenes RM y los 25 datos electrofisiológicos:

1.- Requerimientos específicos de la instrumentación utilizada y de la seguridad del paciente para poder adquirir señales bioeléctricas dentro del imán. En este aspecto, ya se han propuesto algunas soluciones (US2013204122).

2.- Mantenimiento de la calidad de la señal electrofísiológica. La adquisición simultánea dentro del escáner de RM produce varios tipos de artefactos o ruidos específicos en la señal bioeléctrica, como el artefacto de gradiente y el artefacto relacionado con el pulso cardiaco.

El artefacto de gradiente aparece en la señal bioeléctrica durante el proceso de adquisición de las imágenes de RM. Este artefacto está originado por la fuerza electromotriz generada por la inducción electromagnética (según la ley de Faraday) en los circuitos en lazo formados por la piel del ser vivo, los electrodos, los cables y el 5 amplificador (Alien et al. 2000, Lemieux et al. 1997), al estar expuestos a los campos magnéticos variables en el tiempo de los pulsos de radiofrecuencia (RF) y el cambio de los gradientes.

Se han propuesto varios métodos para eliminar este artefacto aplicando un algoritmo 10 de software de postproceso. El más utilizado en general está basado en una plantilla promedio del artefacto, que asume un patrón repetitivo del artefacto de gradiente. Este patrón repetitivo dependerá del tipo de adquisición RM. En la mayoría de los casos, la adquisición de imágenes de RM se especifica para un volumen en tres dimensiones determinado del cuerpo del sujeto a escanear. En adquisiciones 2D dicho volumen se 15 subdivide en rodajas de un espesor también especificado, de forma que cada rodaja forma una imagen en dos dimensiones que cubre una parte del volumen total a escanear. En RMf se repite luego esa adquisición de volumen en el tiempo. Por lo que el artefacto de gradiente tendrá una frecuencia de repetición por cada rodaja y por cada volumen. Se ha demostrado que la eficacia de la eliminación del artefacto es 20 proporcional a la amplitud del artefacto de gradiente (Mullinger et al. 2011).

3.- Formas de adquisición de las imágenes de RM. El relleno del espado k se puede realizar utilizando distintas trayectorias espádales. Las más comunes son las cartesianas, donde se rellena el espacio k de forma secuencial en líneas; las radiales, 25 usando líneas verticales, horizontales y diagonales desde el centro del espacio k hacia los bordes; y las espirales, donde se rellena el espacio k siguiendo una trayectoria espiral desde el centro del espacio k hacia el exterior. Estos tipos de trayectorias pueden usarse para rellenar diferentes partes del espado k por cada pulso RF. Por ejemplo, rellenar una línea del espacio k por cada pulso de RF usando trayectorias 30 cartesianas. Por otro lado, las trayectorias rápidas rellenan todo el espacio k correspondiente a una rodaja o un volumen en un solo pulso de RF.

El problema de las técnicas rápidas es que están afectadas por los denominados efectos off-resonance, que generan distorsión de la imagen y pérdida de señal por la

variación de la susceptibilidad magnética especialmente en las áreas en las que hay un interfaz entre aire y tejido.

Esta invención propone una nueva secuencia de pulsos RF y gradientes para la 5 adquisición simultánea de imágenes de RM y señales electrofisiológicas, que reduce la amplitud del artefacto de gradiente (descrito en la cuestión 2) y mejora la calidad de la señal electrofisiológica. Esta secuencia de pulsos puede ser utilizada en diferentes configuraciones de los sistemas ya existentes de adquisición y procesado de imágenes de RM y de señales electrofisiológicas que den solución a la cuestión 1 (las 10 configuraciones posibles se detallan en el apartado de explicación de la invención).

El procedimiento y el dispositivo propuesto ofrece una solución también a la cuestión 3, ya que la adquisición del denominado mapa de B0 o mapa de inhomogeneidad de campo para corregir los efectos off-resonance está integrada en la propia secuencia y 15 no es necesario realizar otra adquisición aparte para estos fines.

Además, es la primera secuencia con trayectoria espiral que permite que los datos de la imagen de RM se puedan almacenar bajo demanda, sin tener que esperar a que termine el escáner de forma automática, y sin necesidad de interacción del usuario. 20 Esto evita posible pérdidas de datos y facilita que la secuencia propuesta en esta invención pueda utilizarse en aplicaciones que requieran un procesamiento y análisis en tiempo real de las imágenes de RM. j

El problema técnico que resuelve esta invención es la reducción del artefacto de 25 gradiente (ruido introducido por los campos electromagnéticos) generado en la adquisición simultánea de señales electrofisiológicas e imágenes de RM, además facilita la corrección de efectos off-resonance en las imágenes y permite el almacenamiento y procesado en tiempo real de los datos adquiridos.

Descripción...

1) Procedimiento para adquisición, procesado y visualizaron de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) se carga la secuencia de pulsos para cada una de las bobinas de la unidad de resonancia magnética (pulsos RF y gradientes de codificación),

b) se inicia la secuencia de pulsos de la unidad de resonancia magnética,

c) se inicia la adquisición de imágenes del equipo de la unidad de resonancia magnética,

d) la adquisición de imágenes de resonancia magnética utilizando una trayectoria en espiral en el espacio K, definida con una limitación en la tasa de cambio y en la amplitud máxima del gradiente, y con crushers triangulares.

e) La misma secuencia de pulsos se repite en bucles para la adquisición de múltiples adquisiciones 2D o 3D

f) se inicia la adquisición de señales electrofisiológicas muestreadas con el mismo reloj que la unidad de resonancia magnética,

g) se reduce el artefacto de gradiente en la señal electrofisiológica adquirida,

h) se procesan las imágenes y señales adquiridas y se muestran por el sistema de visualización.

2) Procedimiento para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas, según la reivindicación 1, caracterizado porque las imágenes de resonancia son imágenes de resonancia magnética funcional.

3) Procedimiento para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas, según la reivindicación 2, caracterizado porque antes de la adquisición de imagen de resonancia magnética se calcula un mapa B0, utilizando una adquisición en dos volúmenes completos con un tiempo de eco (TE) diferente.

4) Procedimiento para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas, según la reivindicación 1, 2 y 3, caracterizado porque las señales electrofisiológicas pueden ser electroencefalografías, electrocardiografías, electromiografías, 5 electrooculografías, señales de respuesta galvánica de la piel o una combinación de ellas.

5) Procedimiento para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas,

10 según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las imágenes y las señales se almacenan en tiempo real.

6) Procedimiento para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas,

15 según la reivindicación 5, caracterizado porque las imágenes se analizan en tiempo real.

7) Dispositivo para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofisiológicas, 20 que comprende:

una unidad de resonancia magnética,

un sistema de adquisición de datos electrofisiológicos,

una unidad de visualización de datos y

medios de procesamiento de datos caracterizados porque realizan las operaciones comprendidas en la siguiente relación:

a) se carga la secuencia de pulsos para cada una de las bobinas de la unidad de resonancia magnética (pulsos RF y gradientes de codificación),

b) se inicia la secuencia de pulsos de la unidad de resonancia magnética,

c) se inicia la adquisición de imágenes del equipo de la unidad de resonancia magnética,

d) la adquisición de imágenes de resonancia magnética utilizando una trayectoria en espiral en el espacio K, definida con una limitación en la tasa de cambio y en la amplitud máxima del gradiente, v con crushers triangulares.

e) La misma secuencia de pulsos se repite en bucles para la adquisición de múltiples adquisiciones 2D o 3D

f) se inicia la adquisición de señales electrofísiológicas muestreadas con el mismo reloj que la unidad de resonancia magnética,

5 g) se reduce el artefacto de gradiente en la señal electrofisiológica adquirida,

h) se procesan las imágenes y señales adquiridas y se muestran por el sistema de visualización.

8) Dispositivo para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofísiológicas,

10 según la reivindicación 7, caracterizado porque las imágenes de resonancia son imágenes de resonancia magnética funcional.

9) Dispositivo para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofísiológicas,

15 según la reivindicación 8, caracterizado porque antes de la adquisición de imagen de resonancia magnética se calcula un mapa B0, utilizando una adquisición en dos volúmenes completos con un tiempo de eco (TE) diferente.

10) Dispositivo para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos 20 simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofísiológicas,

según la reivindicación 7, 8 y 9 caracterizado porque fas señales electrofísiológicas pueden ser electroencefalografías, electrocardiografías, electromiografías, electrooculografías, señales de respuesta galvánica de la piel o una combinación de ellas.

11) Dispositivo para adquisición, procesado y visualización de datos adquiridos simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofísiológicas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las imágenes y las señales se almacenan en tiempo real.

12) Dispositivo para adquisición, procesado y visualización de datos adquirido» simultáneamente de imágenes de resonancia magnética y señales electrofísiológicas,

según las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las imágenes se analizan en tiempo real.

13) Procedimiento para la realización de pruebas de neurofeedback en tiempo real 5 caracterizado porque utiliza el procedimiento descrito anteriormente.