KR101617925B1 - 수정된 온도 영역의 신속한 검출을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티-에코 시퀀스를 사용하는 자기 공명 단층 촬영기에 의해 샘플 볼륨에서 수정된 온도 영역을 신속하게 결정하는 방법은 물론 그 방법을 구현하는 자기 공명 단층 촬영기에 관한 것으로, 여기서, 수정된 온도 영역의 하나 이상의 1차원 또는 2차원 이미지가 각각 결정된다.

Description

수정된 온도 영역의 신속한 검출을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR QUICK DETECTION OF REGIONS OF MODIFIED TEMPERATURE}

본 발명은 멀티-에코 시퀀스(multi-echo sequence)를 사용하는 자기 공명 단층 촬영기(magnetic resonance tomography)에 의해 샘플 볼륨에서 수정된 온도 영역을 신속하게 결정하는 방법은 물론 그 방법을 구현하는 자기 공명 단층 촬영기에 관한 것이다.

자기 공명 측정에서, 외부 자기장과 원자 핵(핵 스핀)의 자기 모멘트의 상호작용이 조사된다. 핵 스핀은 외부 자기장에서 정렬하고, 교류 외부 전자기장을 통한 여기를 고려해 볼 때, 자기장 내의 정렬 축 주위에서 (원자 핵의 자기 모멘트의 값과 외부 자기장에 의존하는) 라머 주파수로 세차 운동한다(precess). 이로써 원자 핵은 라머 주파수로 교류 전자기장을 생성한다. 초기 진폭, 이러한 세차 운동(precession)의 위상 일관성 및 여기의 붕괴 역시 원자 핵이 위치하는 샘플의 온도에 따라 달라진다. 두 개의 측정 사이의 샘플의 온도 변화는 두 개의 측정의 비교를 통해 결정될 수 있다.

예를 들어, 공보 EP 534607 A1에서, 확산에 민감한 이미징 방법으로 자기 공명 단층 촬영기를 통해 열에 의해 외과 치료를 모니터링하는 것이 알려져 있는데, 여기서, 국부 온도는 국부적 확산율과 연관되고, 온도 변화는 온도 변화의 이미징을 통해 묘사될 수 있다. 알려진 가장 빠른 시퀀스의 경우에도, 완전한 3차원 취득에는 소정의 시간이 필요한데, 이러한 소정의 시간은 - 완화 시간과 같은 상이한 물리적 효과들로 인해 - 감도의 손실 없이 단축될 수 없다.

자기 공명 기술에서, 3T 이상까지의 훨씬 더 강한 자기장의 사용으로 무선 주파수 여기 신호의 주파수가 증가되는데, 특정 흡수율 SAR은 결국 2차식으로 증가한다. 한편, 측정 시간은 SAR 및 무선 주파수 신호에 의한 환자 신체의 최대 허용가능한 가열에 의해 제한될 수 있다. 특히, 전신에 대한 한계값을 준수함에도 불구하고, 환자에서 전계 강도의 비균일 분포(이는 특히 국부 전송 코일의 사용을 고려할 때 발생할 수 있으므로)는 중대하고, 조직의 국부 과열 및 조직에 대한 손상으로 이어질 수 있다. 게다가, 이로써, 국부적으로 엄격히 제한된 가열은 확산이나 혈액의 흐름을 통한 열 에너지의 분포로 인해 신속하게 냉각되므로, 느린 측정이 주어지면 그들이 어떻게 조직을 손상시키는 위치에 있는지에 대한 형태를 볼 수 없다는 문제가 있다.

고열이나 절제에 의해 병리 조직을 파괴하는 다양한 방법이 또한 알려져 있다. 병적인 조직을 완전히 죽이는 것에 더해, 주변 조직은 보호하는 것이 종래의 목표이다. 이것은 특히 병적인 조직이 임계 온도로 또는 그 위로 각각 최적으로 신속하고 간단하게 가열되므로 달성될 수 있다. 주변 조직으로의 열 전달로 인해, 매우 짧은 시간 간격으로 온도를 측정하는 것이 여기에서 또한 필요하다.

본 발명의 목적은 결과적으로 온도 변화가 신속하게 국부적이 되게 할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

그러한 목적은 수정된 온도 영역의 신속한 검출을 위한 본 발명에 따른 방법 뿐만 아니라 그 방법의 구현을 위한 자기 공명 단층 촬영기를 통해 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, a) 자기장에서 무선 주파수 펄스를 통해 샘플 볼륨 내의 핵 스핀들을 여기시키는 단계; 및 b) 멀티-에코 시퀀스에 의해, 샘플 볼륨에서 제1 m차원 공간으로의 제1 n차원 공간을 가로지르는 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영 - 여기서, n + m = 3임 - 과; 멀티-에코 시퀀스에 의해, 샘플 볼륨에서 제2 m차원 공간으로의 제2 n차원 공간을 가로지르는 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영 - 여기서, 제1 및 제2 m차원 공간은 서로 평행하지 않고, 여기서, n + m = 3임 - 을 취득 및 저장하는 단계를 포함한다. 게다가, 본 발명에 따른 방법은, c) 단계 b)를 반복하는 단계 - 여기서, 각각의 제2 투영의 취득 및 저장이 일어남 - ; 및 d) 온도 변화를 결정하기 위해, 제1 n차원 공간을 가로지르는 제1 투영과 제2 투영의 차이를 계산하고 제2 n차원 공간을 가로지르는 제1 투영과 제2 투영의 차이를 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법에서, 취득은 서로 평행하지 않은 두 개의 m차원 공간으로의 투영을 대신한다. 이로써, "공간"이라는 용어는, 서로 직교 위치한 세 개의 좌표 축을 갖는 유클리드 공간으로서 뿐만 아니라, 수학적인 의미에서 이해되어야 한다. 이런 의미에서 1차원 공간은 선 또는 직선이고; 2차원 공간은 표면 또는 평면이다. 자연수 n과 m의 합은 각각 3이고, 유클리드 공간의 차원의 수에 해당한다. 따라서, 바람직하게는, 슬라이스들에 있어서 전체 샘플 볼륨을 공간적으로 스캔하는 것을 필요로 하는 대신 단지 두 개의 투영을 통해 수정된 온도 영역의 공간적 위치를 취득하는 것이 가능하다. 따라서, 천이 온도 피크(transient temperature peaks) 또한 검출될 수 있고; 이와 대조적으로, 짧은 개입 시간 기간에 변화를 경험하지 않은 아티팩트들은 마스크 아웃된다.

샘플 볼륨에서 수정된 온도 영역의 신속한 결정을 위한 본 발명에 따른 자기 공명 단층 촬영기는 샘플 볼륨에서 기본 자기장 B0을 생성하는 계자석(field magnet) 및 샘플 볼륨에서 자기 경사 필드를 생성하는 경사 자계 코일(gradient coils)을 갖는다. 게다가, 자기 공명 단층 촬영기는 무선 주파수 신호를 샘플 볼륨의 내부 및 외부로 방출 및/또는 수신하는 하나 이상의 안테나; 신호로 경사 자계 코일 및 안테나/안테나들을 제어하고 안테나로부터 무선 주파수 신호를 수신하는 공급 유닛; 및 공급 유닛을 제어하고 수신된 무선 주파수 신호를 평가하는 제어기를 갖는다.

제어기는 단계 a)에서 공급 유닛을 제어하여, 공급 유닛이 무선 주파수 펄스를 통해 자기장에 있는 샘플 볼륨에서의 핵 스핀을 여기하도록 설계된다. 게다가, 제어기는 단계 b)에서 공급 유닛을 제어하고 공급 유닛에 의해 검출된 무선 주파수 신호를 평가하여, 멀티-에코 시퀀스에 의해, 샘플 볼륨에서 제1 m차원 공간으로의 제1 n차원 공간을 가로지르는 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영이 검출되고 저장되도록 설계되는데, 여기서, n + m = 3이다. n 및 m은 0이 아닌 자연수이다. 제어기는 마찬가지로 단계 c)에서 공급 유닛을 제어하고 공급 유닛에 의해 검출된 무선 주파수 신호를 평가하여, 멀티-에코 시퀀스에 의해, 제어기가 샘플 볼륨에서 제2 m차원 공간으로의 제2 n차원 공간을 가로지르는 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영을 검출 및 저장하도록 설계되는데, 여기서, 제1 m차원 공간 및 제2 m차원 공간은 서로 평행하지 않고, 여기서, n + m = 3이다.

마지막으로, 제어기는 단계 a) 내지 c)를 반복하도록 설계되는데, 여기서, 무선 주파수 펄스로 여기가 발생하고, 제2 투영이 각각 취득 및 저장된다. 제어기는 또한 온도 변화를 결정하기 위해 제1 n차원 공간과 제2 n차원 공간을 가로지르는 투영들에 대한 제1 투영 및 제2 투영 각각의 차이를 계산하도록 설계된다.

본 발명에 따른 자기 공명 단층 촬영기는 본 발명에 따른 방법의 장점들을 공유한다.

본 발명의 바람직한 개발들이 종속 청구항들에 표시된다.

방법에 대한 하나의 실시예에서, 단계 c)는 또한 단계 b) 이전에 단계 a)의 반복을 포함한다.

무선 주파수 펄스를 통해 샘플 볼륨에서 핵 스핀을 여기시키는 단계 a)는 반복되므로, 다른 영향들이 최소화되는 한, 단계 d)에서의 차이 계산을 통해, 무선 주파수 펄스에 의해 야기되는 온도 변화만 결정될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 단계 b)에 따른 방법은 단계 b1)을 더 포함하고, 단계d) 이후에 단계 d1)을 포함하는데, 여기서, 단계 b1)은 멀티-에코 시퀀스에 의해, 샘플 볼륨에서 제3 m차원 공간으로의 제3 n차원 공간을 가로지르는 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영을 취득 및 저장하는데, 여기서, 제1 및 제3 m차원 공간뿐만 아니라 제2 및 제3 m차원 공간은 서로 평행하지 않고, 여기서, n + m = 3이며, d1)은 온도 변화를 결정하기 위해 제3 n차원 공간을 가로지르는 제1 투영 및 제2 투영의 차이를 계산한다.

두 개 또는 세 개의 m차원 공간 각각이 서로 평행하지 않으므로, 세 개의 m차원 공간은 좌표 공간을 스팬(span)하는데, 3차원 공간에서 온도 변화는 바람직하게는 두 개 또는 세 개 투영들 각각을 통해 표면으로 또는 볼륨에서 각각 국부적 및 제한될 수 있다. 이로써, 취득은 여기를 위한 시간 기간과 3 × m 멀티-에코 시퀀스만을 필요로 하므로, 완전한 단층 촬영에 비해 상당히 더 신속하게 실행될 수 있고, 특히 짧은 온도 변화들이 검출될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 대한 하나의 가능한 실시예에서, n = 1이고 m = 2이다. 본 실시예에서, 자기 공명 신호는 선 또는 직선을 따라 검출되고, 통합되거나 합산되며, 2차원 표면에 투영된다. 이 실시예에서, 방법은 샘플 볼륨의 온도 변화의 두 개 또는 세 개의 2차원 매핑을 전달하는데, 여기서, 표면들은 서로 평행하지 않고, 따라서 상이한 방향으로부터의 샘플 볼륨의 두 개 또는 세 개의 뷰를 전달한다.

특히, 표면이 직교 좌표계의 두 개의 축을 각각 포함하는 평면인 경우, 샘플 볼륨에서 온도 변화의 위치는 바람직하게는 온도 변화의 이러한 2차원 매핑들로부터 사용자에게 명백하다.

다른 가능한 실시예에서, n = 2이고 m = 1이다. 이 실시예에서, 자기 공명 신호는 표면 또는 평면을 따라 취득되고, 통합되거나 합산되며, 1차원 선 또는 직선으로 투영된다. 이 실시예에서, 방법은 샘플 볼륨의 두 개 또는 세 개의 1차원 매핑이나 온도 변화를 전달하는데, 여기서, 선들은 서로 평행하지 않다.

특히, 선이 직교 좌표계를 각각 형성하는 직선인 경우, 샘플 볼륨에서 온도 변화의 위치는 바람직하게는 온도 변화의 이러한 1차원 매핑들로부터 결정될 수 있다. 이 경우, 위치는 해당 좌표 축 상에서 샘플 볼륨에서의 온도 변화의 좌표에 직접 대응하는 각각의 선 상에 있다.

방법에 대한 하나의 가능한 실시예에서, 멀티-에코 시퀀스는 단일 샷 시퀀스(single shot sequence)이다.

단일 샷 시퀀스는 단일 여기 펄스만을 필요로 하고, 바람직하게는 환자에게 방사된 무선 주파수 전력 및 측정 기간을 감소시키는데, 그 이유는 스핀 이완이 새로운 여기 이전에 대기될 필요가 없기 때문이다.

방법에 대한 하나의 실시예에서, 멀티-에코 시퀀스의 스핀 에코는 경사 필드에 의해 생성된다.

스핀 에코는 경사 필드에 의해 생성되므로, 환자에게 방사된 무선 주파수 방사선은 없어진(missing) 180도 스핀 반전 펄스로 인해 바람직하게 감소된다.

방법에 대한 하나의 실시예에서, 무선 주파수 펄스에 의해 야기된 온도 변화가 결정된다.

경사 필드를 통한 스핀 에코의 반전 및 단일 샷 시퀀스와 관련하여, 측정 방법에 독립적인 추가적인 열원의 부재시, 바람직하게는, 단일 무선 주파수 펄스로 인한 가열을 결정하는 것이 가능하고, 따라서 국부적으로 제한된 가열로 인한 환자에 대한 위험을 신속하게 검출하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법에 대한 하나의 실시예에서, 초점 재조정 펄스(refocusing pulse)에 의해 스핀 에코를 생성하는 것 또한 생각할 수 있다.

초점 재조정 펄스를 통한 스핀 에코의 생성은 경사 자계 코일로의 펄스의 수를 감소시키고, 따라서 바람직하게는 환자에 대한 소음 노출을 감소시킨다.

본 발명에 따른 방법에 대한 하나의 실시예에서, 단계 c) 이전에, 샘플 볼륨의 적어도 하나의 부분적인 영역에서의 온도 변화는 열원 또는 크라이오-소스(cryo-source)에 의해 야기되는 것 또한 생각할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 전체 샘플 볼륨 또는 적어도 부분적인 볼륨에서의 온도 변화는 또한 열원 또는 크라이오-소스에 의해 단계 c) 이전에 야기될 수 있는데, 여기서, 본 발명에 따른 방법은 단계 d)에서 달성된 온도 변화를 결정한다. 따라서, 열 처리(예를 들어, 절제를 통한 암 조직의 파괴)의 효과가 바람직하게 모니터링될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 대한 하나의 실시예에서, 열원은 샘플 볼륨에서의 초음파 필드인 것으로 생각할 수 있다. 저체온 치료나 절제의 효과는 바람직하게는 집중 초음파 필드(focused ultrasound field)를 통해 모니터링될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 대한 다른 실시예에서, 열원은 샘플 볼륨에서 무선 주파수 전자기장인 것으로 생각할 수 있다. 저체온 치료나 절제의 효과는 바람직하게는 전자기 무선 주파수 필드를 통해 모니터링될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 또한 제1 축, 제2 축 및 제3 축을 따른 투영에 의해 샘플 볼륨에서의 온도 변화 영역의 3차원 위치의 결정 또는 제한을 포함한다.

이는, 바람직하게는, 예를 들어, 저체온 치료나 절제가 미리 결정된 위치에서의 가열에서 실행되는지 여부 또는 (예를 들어) 국부적 전송 코일이 환자를 위태롭게 하는 국부적 가열로 이어지는지 여부에 대한 검토가 실시되도록 하기 위해, 온도 변화의 위치가 결정되는 것을 가능하게 한다.

위에서 설명되는 본 발명의 특성, 특징, 및 장점은 물론 이들이 어떻게 달성되는지에 대한 방식은 도면과 관련하여 자세히 설명되는 예시적인 실시예들에 대한 다음과 같은 설명과 관련하여 명백할 것이고 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 공명 단층 촬영기의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른 방법에 대한 일 실시예의 흐름도이고;
도 3은 본 발명에 따른 방법에 대한 일 실시예의 흐름도이고;
도 4는 본 발명에 따른 방법에 대한 일 실시예의 구현을 고려할 때 신호들의 시간적 작업흐름의 개략도이고;
도 5는 본 발명에 따른 방법에 대한 결과의 개략도이고;
도 6은 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예의 구현을 고려할 때 신호들의 시간적 작업흐름의 개략도이고;
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 방법에 대한 결과의 개략도이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 구현을 위한 자기 공명 단층 촬영기(1)의 개략도를 보여준다.

자석 유닛(10)은 샘플 볼륨에 있는 환자(40) 또는 샘플들의 핵 스핀의 정렬을 위한 정적 자기장 B0를 생성하는 계자석(field magnet; 11)을 갖는다. 샘플 볼륨은 자석 유닛(10)을 통해 연장하는 도관(duct; 16)에 길이 방향(2)으로 배열된다. 계자석(11)은, 가장 최근의 기기에서는 이를 넘더라도, 일반적으로 3T까지의 자속 밀도로 자기장을 제공할 수 있는 초전도 자석이다. 그러나, 보통의 전도성 코일을 갖는 전자석 또는 영구 자석 또한 더 낮은 전계 강도를 위해 사용될 수 있다.

또한, 자석 유닛(10)은 샘플 볼륨에서 취득된 이미징 영역의 공간적 분화를 위해 자기장 B0에서 세 개의 공간 방향으로 가변 자기장을 중첩하도록 설계되는 경사 자계 코일(gradient coils; 12)을 갖는다. 경사 자계 코일(12)은 일반적으로 샘플 볼륨에서 서로 직교하는 필드를 생성할 수 있는 보통의 도선들로 만들어진 코일이다.

자석 유닛(10)은 마찬가지로 (신호선을 통해 공급된) 무선 주파수 신호를 샘플 볼륨으로 방사하며, 환자(40)에 의해 방출된 공명 신호를 수신하고 신호선을 통해 그들을 출력하도록 설계되는 바디 코일(14)을 갖는다. 그러나, 무선 주파수 신호의 방출 및/또는 수신을 위해, 바디 코일(14)은 바람직하게는 도관(16)에 있는 환자(40) 근처에 배치되는 국부 코일(15)에 의해 대체된다.

제어 유닛(20)은 경사 자계 코일(12) 및 바디 코일(14) 또는 국부 코일(15)을 위해 다양한 신호들을 자석 유닛(10)에 공급하고, 수신된 신호들을 평가한다.

제어 유닛(20)은 따라서 피드 라인(feed lines)을 통해 가변 전류를 경사 자계 코일(12)에 공급하도록 설계되는 경사 자계 제어기(gradient controller; 21)를 갖는데, 가변 전류는 시간 조정 방식으로 샘플 볼륨 내에 원하는 경사 필드를 제공한다.

또한, 제어 유닛(20)은 환자(40)에서의 핵 스핀의 자기 공명을 여기시키기 위해 미리 결정된 시간 곡선, 진폭 및 분광 분포를 갖는 무선 주파수 펄스를 생성하도록 설계되는 무선 주파수 유닛(22)을 갖는다. 이로써, 킬로와트 범위의 펄스 전력이 달성될 수 있다.

무선 주파수 유닛(22)은 또한 진폭과 위상에 관하여 무선 주파수 신호를 평가하도록 설계되는데, 이 무선 주파수 신호는 바디 코일(14) 또는 국부 코일(15)로부터 수신되고 신호선(33)을 통해 무선 주파수 유닛(22)에 공급된다. 특히, 자기장 B0, 또는 B0과 경사 필드의 중첩의 결과로 만들어진 자기장에서 무선 주파수 펄스에 의한 여기에 대한 응답으로서 환자(40)에서의 핵 스핀이 방출하는 무선 주파수 신호가 존재한다.

또한, 제어 유닛(20)은 경사 자계 제어기(21)와 무선 주파수 유닛(22)의 활동성의 시간 조정을 초래하도록 설계되는 제어기(23)를 갖는다. 이를 위해, 제어기(23)는 신호 버스(25)를 통해 다른 유닛들(21, 22)과 접속되어 그들과의 신호 교환에 관여된다. 제어기(23)는 무선 주파수 유닛(22)에 의해 평가된 환자(40)로부터의 신호를 수신 및 처리하거나, 경사 자계 제어기(22) 및 RF 펄스 발생 유닛(23)에 펄스 및 신호 형상을 제공하여 그들을 일시적으로 조정하도록 설계된다.

환자(40)는 환자 침대(30)에 배치된다. 이러한 환자 침대(30)는 이미 자기 공명 단층 촬영에서 알려져 있다. 환자 침대(30)는 환자 침대(30)의 제1 단부(31) 아래에 배치되는 제1 지지부(36)를 갖는다. 지지부(36)가 수평 위치에서 환자 침대(30)를 홀드할 수 있도록, 일반적으로 환자 침대(30)를 따라 연장하는 풋(foot)을 갖는다. 환자 침대(30)를 이동하기 위해, 풋은 또한 이동 수단(이를테면, 롤링)을 가질 수 있다. 제1 단부(31)에서의 풋(36)을 제외하고, 플로어와 환자 침대 사이에 어떠한 건설적인 요소도 배치되지 않으므로, 상기 환자 침대는 최대 제1 단부(31)까지 계자석(11)의 도관(16)으로 도입될 수 있다. 도 1에서, 선형 레일 시스템(34)은 이동성을 허용하기 위해 환자 침대(30)와 지지부(36)를 연결하는 것으로 나타나, 환자 침대는 길이 방향(2)을 따라 이동될 수 있다. 이를 위해, 선형 레일 시스템은 조작자에 의해 또는 또한 제어기(23)에 의해 제어될 때 환자 침대(30)가 길이 방향(2)으로 이동되는 것을 가능하게 하는 액추에이터(37)를 가질 수 있어, 도관(16)에 있는 샘플 볼륨보다 더 큰 치수를 갖는 환자의 신체 영역을 조사하는 것도 가능하다.

흐름도에서, 도 2는 본 발명에 따른 방법에 대한 가능한 실시예의 작업흐름을 보여준다.

단계 S10에서, 샘플 볼륨에서 핵 스핀은 상기 기본 자기장 B0에서 무선 주파수 펄스를 통해 자기장 B0와 평행한 정렬을 벗어나 플립 각도 0만큼 편향된다. 이를 위해, 라머 주파수를 갖는 무선 주파수 펄스는 바디 코일(14) 또는 국부 코일(15)을 통해 환자(40)로 방사된다. 이로써, 플립 각도 0는 펄스의 지속 시간 및방사된 전자기장의 강도에 따라서 달라진다. 라머 주파수는 핵 스핀의 위치와 원자핵의 자기 모멘트에서 자기장 B0의 자기장 강도의 결과이다. 라머 주파수는 자기장 B0의 공간적 변동 및 핵의 원자 환경의 영향으로 인해 달라지므로, 무선 주파수 펄스는 전체 샘플 볼륨에서 핵 스핀을 여기시키기 위해 미리 결정된 대역폭을 가져야 한다.

도 4는 도 2에 따른 예시적인 방법 동안 상이한 신호 및 필드에 대한 가능한 시간 곡선을 보여준다. 시간은 오른쪽으로 증가하는 값을 갖는 수평 축에 플롯된다. 플립 각도 0만큼 S10에서 핵 스핀을 여기시키기 위해 제공되는 무선 주파수 펄스의 전계 강도는 RF로 지정된다. Gx, Gy 및 Gz는 단계 S10 동안 전계 강도 0를 갖는 x-, y- 및 z- 방향에서 경사 필드의 자기장 강도를 지정한다. 여기(excitation) 하자마자, 여기된 원자 핵은 자기장 B0에서 세차 운동으로 인해 무선 주파수 신호 MR을 방출하기 시작한다. 이 신호는 위상 이완(dephasing)으로 인해 다시 약화된다.

단계 S20에서, (도 4에 도시된 바와 같은) 경사 에코로 인한 핵 스핀은, 공명 신호 MR의 상승 및 하강을 생산하는, 경사 필드 Gx의 네거티브 및 후속하는 포지티브 구형파 신호에 의해 위상 재조정(rephase)된다. 경사 필드 Gx가 적용되므로, 라머 주파수는 각각 제1 선 또는 축을 따르는 이 경사의 방향에 있는 위치에 따라 달라진다. 신호 기원에 관한 공간 정보는 이 경사 하에 신호 MR의 주파수 분석(예를 들어, 퓨리에 변환)을 통해 경사의 방향을 따라 결정될 수 있다. B0와 Gx의 중첩 결과로서 제1 선으로부터 좌우로 연장하는 일정한 자기장을 갖는 구역에서, 라머 주파수는 이에 반하여 동일하고 제1 표면을 따르는 핵 스핀의 신호들의 합계가 그 신호가 된다. 합 신호(sum signal)는 제1 표면 상의 신호의 적분이고; 2차원 제1 표면의 핵 스핀은 말하자면 1차원 제1 축 또는 선 상의 신호로 투영된다. 평행하게 정렬된 이상적인 균일한 자기장에서, 제1 축은 선이고, 제1 표면은 제1 축에 직교 정렬되는 평면이다.

제1 축을 따르는 샘플(40) 또는 환자에서의 상대 온도 분포에 관한 정보는 위상 이완의 온도 의존성을 통해 결정될 수 있다. 그러나, 신호 MR은 절대 온도에 관한 어떤 정보도 제공하지 않는다.

단계 S20에서, 제1 축에 대한 신호 MR은 무선 주파수 유닛(22)에 의해 검출되고 제어기(23)에 의해 저장되는 국부 코일(15) 또는 신체 코일(14)로부터 수신된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 단계 S20(취득 및 저장)는 경사 필드 Gy와 Gz 및 각각의 제2 또는 제3 축과 표면에 대해 각각 단계 S30 및 S40를 반복한다. 제 1, 제2 및 제3 축뿐만 아니라 제1, 제2 및 제3 표면은 이로써 각각 서로 평행하지 않으므로, 축은 3 차원 공간을 스팬한다. 축이 서로 직교하는 경우, 그들은 샘플 볼륨에 대한 직교 좌표 공간을 스팬한다.

온도 변화를 결정하기 위해, 상이한 시간에 두 개의 신호 MR 및 그렇지 않으면 최적의 불변 조건이 비교되어야 한다. 이에 대해, 단계 S50에서, 신호의 제2 투영이 이미 취득되었는지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 이 경우가 아닌 경우, S10 내지 S40이 반복되고 각각의 축에서의 제2 투영이 각각 취득 및 저장되는데, 이는 도 4에 표시된 제2 경사 에코(52)의 제2 신호 시리즈에 표시된다. 당연히, 결정을 갖는 단계 S50이 발생하지 않고, 오히려 확립된 시퀀스에서 단계 S10, S20, S30 및 S40이 다시 반복되는 것을 또한 생각할 수 있다.

축 상의 각각의 구역 위의 각각의 제1 투영 및 제2 투영의 차이가 단계 S60에서 계산된다. 샘플에서 다른 조건들은 측정 시간 기간에 있어서 단지 약간 변경된다는 가정하에, 축 상의 투영(도 5에 개략적으로 제시된 것처럼)은 3개의 축 상의 환자(40)에서의 온도 변화의 1차원 묘사를 보여준다. 예를 들어, 이러한 세 개의 축의 조합으로부터, 좌표 Tx, Ty, 및 Tz를 갖는 온도 변화의 최대의 위치뿐만 아니라 최대 값을 결정하는 것이 가능하다.

도 4에 도시된 측정을 위해 단지 세 개의 각각의 경사 에코가 요구되기 때문에, 측정 시간은 매우 짧으므로, 상이한 경계 조건의 변화(예를 들어, 환자(40)의 이동으로 인한)는 최소이다. 열 수송이나 대사 과정으로 인한 온도 변화 또한 무시될 것이므로, 결정된 온도 변화는 본질적으로 단지 단계 S10의 반복에서 무선 주파수 펄스 RF에 의해서만 야기된다. 본 발명에 따른 방법은 따라서 국부적 및 정량적으로 결정될 단일 무선 주파수 펄스 RF로 인한 열 노출을 가능하게 한다. 그러나, 단계 S50에 따른 무선 주파수 펄스 RF로 인한 새로운 여기 대신, S10에서의 제1 여기로부터의 신호는 추가적인 경사 에코들을 통해 생성되고, 각각의 제2 투영에 대한 반복을 고려하면 결과적으로 단계 S20은 단계 S50을 뒤따르므로, 신호 MR의 제1 및 제2 투영은 단일 무선 주파수 펄스 RF로 취득된다는 것을 또한 생각할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 방법에 대한 또 다른 가능한 실시예를 보여준다. 단계 S20, S30, S40에서 단일 경사 필드 Gx, Gy, Gz 대신, 위상 코딩(위상 인코딩 트레인)에 대한 경사 필드 PE의 시퀀스는 각각의 제1 경사 자계 코일에 의해 생성되는 한편, 동시에, 위상 에코의 생성을 위한 경사 필드 RO(EPI Read Out Train, EPI = Echoplanar Imaging)의 시퀀스는 각각 제2 경사 자계 코일에서 동시에 적용된다. 이로써, Gy와 Gx에서, Gz와 Gy에서 및 Gx와 Gz에서, RO 및 PE 펄스의 페어링은 도 6에서 보여진다. 그러나, 다른 페어링 및 시퀀스 또한 생각할 수 있는데, 여기서 각각의 경사 자계 코일 Gx, Gy, Gz는 각각 위상 코딩을 생성하기 위해 한 번 사용되고 위상 에코를 생성하기 위해 한 번 사용된다. 단계 S10 , S20 , S30 및 S40 의 제1 시퀀스는 제1 에코 트레인(71)으로서 지정된다.

위상 코딩을 통해, 개개의 자기 공명 신호 MR와 제2 좌표를 연관시키는 것이 가능하다. 따라서, 도 6의 방법에 있어서 단계 S20, S30 및 S40에서, 자기 공명 신호 MR는 선 또는 축(및 따라서 1-차원적으로) 상의 한 구역으로부터의 투영으로서 취득되고 뿐만 아니라, 위상 코딩은 추가로 자기 공명 신호 MR가 더 큰 추가적인 차원에서 구별되도록 허용하고, 자기 공명 신호 MR가 단계 S20, S30, S40 각각에 대해 2차원 매트릭스에서 취득 및 저장되도록 허용한다. 투영은 표면 상의 선 또는 표면 상의 매트릭스를 따라 일어난다. 자기 공명 이미징의 값들을 갖는 제2 매트릭스가 제2 에코 트레인(72)에서 단계 S10, S20, S30 및 S40의 또는 제2 무선 주파수 펄스 RF 없는 일 실시예에서 S20, S30 및 S40의 - S50에서 제어된 - 제2 반복 이후에 각각 저장되는 경우에, 3개의 각각의 2-차원 분포에서 온도 변화는 차이 계산을 통해 결정된다. 제2 라디오 주파수 펄스 RF가 제2 에코 트레인(72)의 일부로서 방출되었는지 여부에 따라, 온도 변화는 무선 주파수 펄스에 의해 기본적으로 생성된 변화를 나타내거나 상이한 소스(HIFU, High Intensity Focus Ultrasound)에 의해 야기된 변화의 이미지를 전달한다.

도 7은 X-Y, Y-Z 및 Z-X 평면에서 각각 환자(40)에 있어서의 온도 변화의 세 개의 2차원 표현을 개략적으로 보여준다. 2차원 표현은 온도 변화의 위치의 결정을 용이하게 할 뿐만 아니라 또한 2차원 투영을 통해 공간적 분포를 추정하는 것을 용이하게 한다. 동시에, 세 개의 2차원 매핑의 생성은 3차원에서 온도 변화의 완전한 검출보다 항상 여전히 상당히 더 빠른데, 이는 단지 단기간인 변화가 또한 일시적으로 검출될 수 있는 이유이다.

특정 흡수율 SAR의 모니터링, 및 특히 현저한 온도 증가를 갖는 가능한 영역의 결정을 가능하게 하는 방법은 도 3의 작업흐름도에 개략적으로 묘사된다. 본 발명에 따른 방법은 따라서 예를 들어 본 발명에 따른 자기 공명 단층 촬영기에 의해 실행되는 이러한 방법의 일부이다.

환자(40)에 대한 수학적 모델 및 제어기(23)에서 무선 주파수 펄스 RF에 대해 설정된 제1 매개 변수는 단계 S110에서 메모리로부터 또는 인터페이스를 통해 로드된다.

단계 120에서, 제어기는 SAR 노출의 시뮬레이션을 실행한다. 예를 들어, 이는 유한 요소 또는 상이한 방법에 의한 시뮬레이션을 통해 일어날 수 있다. 시뮬레이션의 결과는 환자(40)의 로드된 수학적 모델에 따른 환자(40)에서의 SAR 노출 모델이다.

단계 S130에서, 시뮬레이션된 값은 SAR 노출 및/또는 온도 상승에 대한 미리 결정된 한계 값과 비교된다. 이러한 시뮬레이션이, 단지 국부적이더라도, 한계 값보다 위에 있는 SAR 값을 제공하는 경우, 단계 S140에서, 매개 변수 세트는 무선 주파수 펄스 RF 및 시뮬레이션을 위해 적용되고 파라미터 세트의 적용은 시뮬레이트된 값들이 미리 결정된 한계 값 아래일 때까지 반복된다.

이 매개 변수 세트는 무선 주파수 펄스 RF를 생성하는 무선 주파수 유닛 S150의 단계 S150에서 미리 결정된다. 도 2에 표시되는 본 발명에 따른 방법은 단계 S160에서 실행되는데, 여기서, 단계 S50에 따르면, 단계 S10은 무선 주파수 펄스 RF를 통해 제2 여기와 함께 일어난다.

본 발명에 따른 방법으로 결정된 온도 변화는 단계 S170에서 평가된다. 본 발명에 따른 방법을 통해 측정된 온도 상승이 미리 결정된 한계 값 아래라는 것이 S170에서 확립되는 경우, S190에서, 자기 공명 단층 촬영기는 결정된 매개 변수 세트로 실행된다. 이와는 대조적으로, 온도 상승이 미리 결정된 한계 값을 초과한다고 확립되는 경우에는, 자기 공명 단층 촬영기는 실행되지 않는다.

당연히, 본 발명에 따른 방법은 세 개의 공간 차원 모두에서 실행되지는 않는다는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 방법에서, ZX 평면과 YZ 평면에서의 매핑은 따라서 이미 충분히 국부적이 될 수 있고, XY 평면으로의 매핑은 더 이상 요구되지 않는다. 본 발명에 따른 방법은 단지 두 개의 1차원 매핑 또는 단일 2차원 매핑으로도 마찬가지로 생각할 수 있다. 상이한 좌표 시스템으로 본 발명에 따른 더 많은 방법이 연속적으로 또는 서로 인터리브되어 실행되는 것 또한 생각할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법 및 장치에서, 핵 스핀의 여기는 균일한 기본 자기장 B0에서 일어나고 전체 샘플 볼륨에 걸쳐 일어날 뿐만 아니라 적용된 경사 필드 Gx, Gy, Gz를 통해 일어나고, 또한 선택적 여기는 바디 코일을 통해 일어나고 투영 및 취득은 이렇게 선택된 볼륨으로 제한된다. 이는, 특히, - 예를 들어, 집중 초음파에 의한 온수 요법(hyperthermic treatment)을 고려할 때 - 검사될 영역이 이미 알려져 있고 공간적으로 제한되는 경우에 바람직하므로, 검사 시간이 감소될 수 있고 및/또는 해상도가 향상될 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 통해 상세히 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 이들로부터 다른 변형들이 도출될 수 있다.

Claims (17)

1. 샘플 볼륨(sample volume)에서 수정된 온도 영역들의 신속한 검출을 위한 방법으로서,
   a) 자기장에서 무선 주파수 펄스를 통해 상기 샘플 볼륨 내의 핵 스핀(nuclear spin)들을 여기(excitation)시키는 단계;
   b) 멀티-에코 시퀀스(multi-echo sequence)에 의해, 제1 m차원 공간을 향하여 제1 n차원 공간을 가로지르는 상기 샘플 볼륨에서의 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영(projection)을 취득 및 저장하고 - 여기서, n + m = 3임 - ,
   멀티-에코 시퀀스에 의해, 제2 m차원 공간을 향하여 제2 n차원 공간을 가로지르는 상기 샘플 볼륨에서의 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영을 검출 및 저장하는 단계 - 상기 제1 m차원 공간 및 상기 제2 m차원 공간은 서로 평행하지 않고, n + m = 3임 - ;
   c) 상기 단계 b)를 반복하는 단계 - 각각의 제2 투영의 취득 및 저장이 행해짐 - ; 및
   d) 온도 변화를 결정하기 위해, 상기 제1 n차원 공간을 가로지르는 상기 제1 투영과 제2 투영의 차이를 계산하고, 상기 제2 n차원 공간을 가로지르는 상기 제1 투영과 제2 투영의 차이를 계산하는 단계
   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계 c)는 단계 b) 이전에 단계 a)를 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 방법은,
   단계 b) 이후에,
   b1) 멀티-에코 시퀀스에 의해, 제3 m차원 공간을 향하여 제3 n차원 공간을 가로지르는 상기 샘플 볼륨에서의 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영을 취득 및 저장하는 단계 - 상기 제1 m차원 공간 및 상기 제3 m차원 공간과 상기 제2 m차원 공간 및 상기 제3 m차원 공간은 서로 평행하지 않고, n + m = 3임 -
   를 더 포함하고,
   상기 단계 d) 이후에,
   d1) 온도 변화를 결정하기 위해, 상기 제3 n차원 공간을 가로지르는 상기 제1 투영과 제2 투영의 차이를 계산하는 단계
   를 더 포함하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   n = 1이고, m = 2인 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   n = 2이고, m = 1인 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 멀티-에코 시퀀스는 단일 샷 시퀀스(single shot sequence)인 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   스핀 에코들은 경사 필드(gradient field)에 의해 생성되는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 무선 주파수 펄스에 의해 발생하는 온도 변화가 결정되는 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   스핀 에코들은 초점 재조정 펄스(refocusing pulse)에 의해 생성되는 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 c) 이전에, 상기 샘플 볼륨의 적어도 하나의 부분적 영역에서의 온도 변화는 열원 또는 크라이오-소스(cryo-source)에 의해 발생되는 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 열원은 상기 샘플 볼륨에서의 초음파 필드인 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 열원은 상기 샘플 볼륨에서의 무선 주파수 전자기장인 방법.
13. 제3항에 있어서,
    상기 샘플 볼륨에서 상기 온도 변화의 영역의 3차원 위치는 제1 m차원 공간, 제2 m차원 공간 및 제3의 2차원 공간 상의 투영들에 의해 결정되는 방법.
14. 샘플 볼륨에서 수정된 온도 영역들을 신속하게 결정하는 자기 공명 단층 촬영기(magnetic resonance tomograph)로서,
    - 샘플 볼륨에서 기본 자기장 B0를 생성하는 계자석(field magnet);
    - 상기 샘플 볼륨에서 경사 자기장을 생성하는 경사 자계 코일들(gradient coils);
    - 상기 샘플 볼륨을 출입(in and out)하는 무선 주파수 신호들을 방출 및/또는 수신하는 하나 이상의 안테나;
    - 상기 경사 자계 코일들 및 상기 안테나를 신호들로 제어하고, 상기 안테나 또는 안테나들로부터 무선 주파수 신호들을 수신하는 공급 유닛;
    - 상기 공급 유닛을 제어하고 수신된 무선 주파수 신호들을 평가하는 제어기
    를 포함하며,
    상기 제어기는,
    a) 상기 공급 유닛이 무선 주파수 펄스를 통해 자기장에 있는 상기 샘플 볼륨에서의 핵 스핀들을 여기시키도록 상기 공급 유닛을 제어하고;
    b) 제1 m차원 공간을 향하여 제1 n차원 공간을 가로지르는 상기 샘플 볼륨에서의 자기 공면 신호의 적분의 제1 투영이 멀티-에코 시퀀스에 의해 취득 및 저장되도록 상기 공급 유닛을 제어하고 또한 상기 공급 유닛에 의해 수신된 상기 무선 주파수 신호들을 평가하고 - n + m = 3임 - ;
    c) 멀티-에코 시퀀스에 의해, 상기 제어기가, 제2 m차원 공간을 향하여 제2 n차원 공간을 가로지르는 상기 샘플 볼륨에서의 자기 공명 신호의 적분의 제1 투영을 취득 및 저장하도록 상기 공급 유닛을 제어하고 또한 상기 공급 유닛에 의해 수신된 상기 무선 주파수 신호들을 평가하고 - 상기 제1 m차원 공간 및 상기 제2 m차원 공간은 서로 평행하지 않고, n + m = 3임 - ;
    d) 상기 단계 b) 및 c)를 반복하고 - 각각의 제2 투영이 취득 및 저장됨 - ;
    e) 온도 변화를 결정하기 위해, 상기 제1 n차원 공간 및 상기 제2 n차원 공간을 가로지르는 상기 각각의 제1 투영과 제2 투영의 차이를 계산하도록 설계되는 자기 공명 단층 촬영기.
15. 제14항에 있어서,
    상기 멀티-에코 시퀀스는 단일 샷 시퀀스인 자기 공명 단층 촬영기.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 자기 공명 단층 촬영기는 복수의 국부 코일을 갖고, 또한 상기 무선 주파수 펄스를 상기 샘플 볼륨으로 전송하고 및/또는 상기 샘플 볼륨으로부터의 무선 주파수 신호들을 상기 국부 코일들로 수신하도록 설계되는 자기 공명 단층 촬영기.
17. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 n차원 공간 및 상기 제2 n차원 공간을 가로지르는 투영들에 의해 상기 샘플 볼륨에서 수정된 온도 영역의 3차원 위치를 결정하도록 설계되는 자기 공명 단층 촬영기.

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