[发明专利]磁共振成像机

说明书

本发明涉及医疗诊断领域，并且可被用于磁共振成像(MRI)和磁共振波谱分析(MRS)以供增加人和动物的内部器官的诊断质量。藉由被用作由一组有利地定向的导体制成的电磁场放大器的超材料，在空间上重新安排以射频工作的磁场和电场成为可能。具体地，在待检查对象的区域中，射频磁场被谐振地放大，这使得增加MRI中的信噪比并且获得更好质量的图像和/或更迅速地执行MRI检查成为可能，因为无需累积信号。超材料的所提议的设计使得将射频电场与待检查对象所处区域保持距离成为可能，因此增强了MRI扫描的安全性。

技术领域

本发明涉及医疗诊断筛查领域，并且可被用于磁共振成像(MRI)和磁共振波谱分析(MRS)以便改善人和动物的内部器官的诊断筛查的质量。

现有技术

MRI目前是用于检查人的内部器官的最能提供信息的方法之一。MR图像的质量和病人被筛查区域的大小取决于该病人被放置的磁场的感应幅值，并且其特征还在于信噪比的幅值，信噪比的幅值部分地取决于使用射频(RF)脉冲用于照射被筛查的区域并且随后接收该RF信号的RF线圈的参数。

MRI机中的信号电平取决于系统的静态磁场的强度。在过去二十年中，已经使用以1.5特斯拉以及更低的静态场来操作的低场成像机。最近开发的具有3特斯拉的静态场的高场系统已经在俄罗斯以及世界范围中的许多医院中成功使用。使用超过3特斯拉的静态场的超高场MRI机仅被允许用于科学研究并且目前未被允许用于病人的广泛扫描。较高的静态磁场使得显著增强成像机的特性成为可能，这与以下事实有关：静态场的强度越大，操作频率越高并且信噪比越大〔E.M.Haacke、R.W.Brown、M.R.Thompson和R.Venkatesan，Magnetic Resonance Imaging(磁共振成像):Principles and Sequence Design.(原理和序列设计)(Wiley,1999)〕。信噪比与MRI中的RF参数之间的关系大致是如下确定的：

其中γ是回磁比，f是RF信号的频率，τ是RF脉冲的历时，B₁⁺是由源创建的磁RF场的幅值，所述幅值响应于针对给定脉冲序列的总磁化矢量的倾角，B₁^-表示接收线圈的灵敏性，而P_abs是由样本吸收的总功率。

增加至关重要的信噪比使得从小得多的大小(增加图像分辨率)的经编码容量中获得足够的信号电平或者获得相同质量的图像，但藉由不必累积信号的事实而更为迅速成为可能〔J.M.Theysohn、O.Kraff、S.Maderwald、M.Schlamann、A.de Greiff、M.Forsting、S.Ladd、M.Ladd和E.Gizewski,Hippocampus(海马杂志)19,1(2009)〕。

然而，高场MRI机的使用与若干问题相关联：1)由于所采集的数据量较小，尚未研究超高场MRI机对人体的影响，并且当病人被置于具有3特斯拉的场强度的MRI机中时，自身已经显示了许多负面影响(例如，头晕和恶心)〔R.J.Stafford，Medical Physics(医学物理学)32,2077(2005)〕；2)具有各种种植体的许多病人被允许在具有1.5特斯拉的强度的成像机中经受扫描，但是在3特斯拉成像机中的扫描是被禁止的〔E.Kanal、A.J.Barkovich、C.Bell等人，Journal of Magnetic Resonance Imaging(磁共振成像杂志)37,501(2013)〕。因此，改善低场MRI机的特性(尤其是，增加信噪比)是至关重要的问题。

确保MRI机中的安全性的问题主要是通过计算具体的吸收系数来确定的，该吸收系数指示所吸收的电磁能量的量，并且因此指示作为使用(获得MR信号所需要的)RF脉冲的结果的组织升温的风险。具体的吸收系数与所感应的电场的幅值平方成比例。实际上，使围绕病人的区域中的RF电场最小化是尤其重要的。