KR101655312B1 - 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화 - Google Patents

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Abstract

자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화.
본 발명은 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법, 자기 공명 장치의 작동 방법, 시퀀스 최적화 유닛, 자기 공명 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 자기 공명 시퀀스의 최적화를 개선하기 위해, 상기 방법이 이하의 단계, 즉,
- 복수의 경사 펄스를 포함하는 자기 공명 시퀀스를 채택하는 단계로서, 복수의 경사 펄스는, 변경되지 않고 남겨질 복수의 고정점 시간 간격과, 최적화될 수 있는 변경 가능한 복수의 시간 간격을 각각 포함하는 복수의 경사 축 상에 분배되는, 단계와,
- 자기 공명 시퀀스 내에서, 복수의 경사 축의 고정점 시간 간격과 복수의 경사 축의 변경 가능한 시간 간격을 식별하기 위해, 복수의 경사 축에 대해 각각 별도로 자기 공명 시퀀스를 자동 분석하는 단계와,
- 복수의 경사 펄스 중 하나 이상의 경사 펄스를 자동으로 최적화하는 단계로서, 상기 하나 이상의 경사 펄스는 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격 동안 발생하는 단계를 포함하는 것을 제안한다.

Description

자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화{OPTIMIZATION OF A MAGNETIC RESONANCE SEQUENCE OF A MAGNETIC RESONANCE APPARATUS}
본 발명은 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법, 자기 공명 장치의 작동 방법, 시퀀스 최적화 유닛, 자기 공명 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
자기 공명 단층 촬영 시스템이라고도 불리는 자기 공명 장치에서, 일반적으로 피검체, 특히 환자의 검사될 몸체는 주 자석에 의해 예를 들어 1.5 또는 3 또는 7 테슬라의 비교적 높은 주 자기장에 노출된다. 추가로, 경사 코일 유닛에 의해 경사 펄스가 적용된다. 그런 다음, 고주파 안테나 유닛을 통해 적절한 안테나 장치를 이용하여 고주파 펄스, 특히 여기 펄스가 방출되며, 이는 상기 고주파 펄스에 의해 공진 여기된 특정 원자의 핵 스핀이 주 자기장의 자기력선에 대해 규정된 숙임각(flip angle) 만큼 변위되게 한다. 핵 스핀의 이완 시, 적절한 고주파 안테나를 통해 수신되어 계속 처리되는 고주파 신호, 이른바 자기 공명 신호가 방출된다. 이와 같이 획득된 원 데이터로부터 최종적으로 원하는 촬상 데이터가 재구성될 수 있다.
따라서, 정의된 측정을 위해 펄스 시퀀스로도 불리는 자기 공명 시퀀스가 송출되며, 이 자기 공명 시퀀스는, 일련의 고주파 펄스[특히 여기 펄스 및 재초점 펄스(refocusing pulse)] 및 상기 고주파 펄스에 매칭되어 함께 다양한 공간 방향을 따라 다양한 경사 축에서 송출되는 경사 펄스로 구성된다. 이에 대해 시간적으로 매칭된 판독 창(readout window)이 세팅되며, 상기 판독 창은 유도된 자기 공명 신호가 검출되는 시간 주기를 사전 설정한다. 이 경우, 촬상에 있어서 특히 시퀀스 내 타이밍, 즉, 얼마의 시간 간격으로 어느 경사 펄스가 연속되는지가 중요하다. 통상 미리 생성되고, 정의된 측정을 위해 예를 들어 메모리로부터 호출되어, 필요한 경우 조작자에 의해 현장에서 변경될 수 있는, 이른바 측정 프로토콜 내에서 복수의 제어 파라미터가 규정되며, 상기 조작자는 예를 들어 측정될 절편(slice) 스택의 특정 절편 간격, 절편 두께 등과 같은 추가의 제어 파라미터를 사전 설정할 수 있다. 그런 다음, 상기 제어 파라미터들 모두에 기초하여 자기 공명 시퀀스가 계산된다.
본 발명의 과제는 자기 공명 시퀀스의 최적화를 개선하는 것이다. 이러한 과제는 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다. 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 기술되어 있다.
본 발명은 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위한 방법에서 출발하며, 이하의 단계들:
- 복수의 경사 펄스를 포함하는 자기 공명 시퀀스를 채택하는 단계로서, 복수의 경사 펄스는 복수의 경사 축 상에 분배되고, 복수의 경사 축은 변경되지 않고 남겨질 복수의 고정점 시간 간격과, 최적화가 허용되는 변경 가능한 복수의 시간 간격을 각각 포함하는, 단계와,
- 자기 공명 시퀀스 내에서, 복수의 경사 축의 고정점 시간 간격과 복수의 경사 축의 변경 가능한 시간 간격을 식별하기 위해, 복수의 경사 축에 대해 각각 별도로 자기 공명 시퀀스를 자동 분석하는 단계와,
- 복수의 경사 펄스 중 하나 이상의 경사 펄스를 자동으로 최적화하는 단계로서, 상기 하나 이상의 경사 펄스는 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격 동안 발생하는 단계를 포함한다.
특히, 완료된, 즉 송출될 준비가 되었지만 본 발명에 따른 방법으로 더 최적화될 수 있는 자기 공명 시퀀스가 채택된다. 상기 자기 공명 시퀀스는 통상 복수의, 즉 하나 이상의 고주파 펄스, 예를 들어 하나 이상의 여기 펄스 및/또는 재초점 펄스와, 이에 대해 시간적으로 조정된 복수의 경사 펄스를 포함한다. 경사 펄스는 통상 경사 진폭과, 경사 펄스 지속 시간과, 에지 경사도, 즉 통상 슬루 레이트(slew rate)로도 지칭되는 경사 펄스의 경사 곡선(dG/dt)의 일차 도함수에 의해 정의된다. 경사 펄스의 또 다른 중요한 변수 중 하나는, 모멘트 또는 경사 모멘트로도 불리는, 시간에 따른 진폭의 적분에 의해 정의되는 경사 펄스 모멘트이다. 자기 공명 시퀀스 내에서 통상 고주파 펄스의 정확한 파라미터, 즉, 시간적 위치 및 형태가 정확하게 결정되며, 마찬가지로 개별 경사 펄스도 시간적 길이, 진폭, 에지 경사도와 같은 특정 파라미터에 의해 정확히 사전 설정된다. 자기 공명 시퀀스 및 그 파라미터들은 통상 해결되어야 하는 촬상 과제로부터 도출된다.
자기 공명 시퀀스는, 이벤트 블록으로도 불리며 통상 시간적으로 연속되는 순차적인 시간 간격의 형태로 제어 유닛에 전달되며, 그러면 제어 유닛은 예를 들어 개별 고주파 펄스의 방출을 위한 고주파 안테나 유닛 및 개별 경사 펄스의 방출을 위한 경사 펄스 유닛을 제어한다. 본 발명에 따른 방법에서는 바람직하게 시퀀스 최적화 유닛으로의 자기 공명 시퀀스의 전달이 시간 간격의 형태로 수행된다. 각각의 시간 간격은 통상 특정 이벤트, 예를 들어 지방 포화 펄스, 특정 훼손 경사(spoiler gradient), 경사 에코 시퀀스 내의 특정 반복 등의 방출을 특징으로 한다. 이 경우에, 개별 이벤트는 경우에 따라 복수의 고주파 펄스 또는 스위칭된 판독 창, 그리고 그에 매칭되어 스위칭된 경사 펄스로 형성된다. 여기서 판독 창의 스위칭이란 일반적으로, 예를 들어 자기 공명 장치의 수신 펄스에 연결되는 ADC(아날로그/디지털 컨버터)의 자기 공명 신호를 위한 수신 장치의 활성화를 의미한다.
또한, 자기 공명 시퀀스 내에서 변경되지 않고 남겨질 고정점 시간 간격을 식별하기 위해, 그리고 자기 공명 시퀀스 내에서 최적화가 허용되는 변경 가능한 시간 간격을 식별하기 위해, 시퀀스 최적화 유닛, 특히 분석 유닛을 이용하여 자기 공명 시퀀스의 자동 분석이 수행된다. 여기서, 고정점 시간 간격은 특히, 경사 펄스의 현재 값이 변경 불가능하게 고정되어 경사 펄스가 그의 적절한 기능을 계속 충족할 수 있도록 하는 개별 시점 또는 시간 간격을 의미한다. 여기에는 예를 들어, 판독 시간 동안 특정 시점에서 특정 부호화(coding)를 달성하기 위해 사용되는 절편 선택 경사 또는 경사 펄스가 포함된다. 그 밖의 예는 차후에 추가로 설명한다.
특정 경사 펄스가 매우 특정된 값을 가져야 하는 변경 불가능한 개별 시점들 또는 시간 간격 외에, 이들 사이에 놓이며 경사 펄스가 전체적으로 또는 부분적으로 배열된 변경 가능한 시간 간격이 존재하는데, 상기 경사 펄스는 특정 함수를 충족하긴 하지만, 사전 설정 시간이 정확히 준수되는지 그리고 예를 들어 매우 정확한 시점에 경사 펄스의 특정 진폭이 존재하는지의 여부와는 무관하다. 다만, 특정 시점까지 경사 펄스의 사전 설정된 진폭이 달성되고, 특정 시점부터 경사 펄스의 사전 설정된 진폭이 하강하거나, 더 넓은 시간 간격 내에서 경사 펄스의 하나 이상의 특정 모멘트가 달성되는 것이 종종 문제가 된다. 이 시간 간격 내에서 경사 펄스의 곡선, 즉 경사 펄스의 형태, 펄스 형태 또는 경사 곡선이 기본적으로 특정 경계 조건(boundary condition)의 고려하에 변경됨으로써, 상기 변경 가능한 시간 간격이 최적화를 위해 제공된다.
추가의 단계에서, 변경 가능한 시간 간격 내에서 하나 이상의 경사 펄스의 자동 최적화가 수행된다. 이 경우에, 자동 최적화는 특히 사전 설정된 최적화 기준에 따라 수행된다. 이때 기본적으로 임의의 최적화 기준이 사전 설정될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 범주에 속하는 일 변형예에서, 최적화는 운동하는 물질, 예를 들어 혈류에 의한 유동 인공물(flow artifacts)을 최소화하기 위해, 경사 펄스에 의한 부호화가 가능한 한 빠르게 이루어지도록 수행될 수 있다.
한 바람직한 변형예에서, 예를 들어 소음 감소를 위해 하나 이상의 경사 펄스의 최적화가 수행된다. 자기 공명 시퀀스 동안에, 경사 펄스를 방출하는 자기 경사 코일이 빈번하고 신속하게 스위칭된다. 자기 공명 시퀀스 내의 시간 사전 설정이 대부분 매우 엄밀할 뿐만 아니라, 자기 공명 검사의 전체 지속 시간을 결정하는 자기 공명 시퀀스의 전체 지속 시간이 가능한 한 짧게 유지되어야만 하기 때문에, 부분적으로 약 40mT/m의 경사 진폭 및 200mT/m/ms 이하의 슬루 레이트가 달성되어야 한다. 특히, 이처럼 높은 에지 경사도는 경사 펄스의 스위칭 중 통상의 소음 발생에 기여한다. 자기 공명 장치의 다른 요소들, 특히 고주파 차폐를 수반하는 와전류가 이러한 소음 발생의 원인이다. 그 외에도, 경사 펄스의 급경사 에지는 높은 에너지 소모를 야기할 뿐만 아니라, 경사 코일 및 다른 하드웨어에 대해 까다로운 요건을 요구한다. 빠르게 변하는 경사 자장은 경사 코일의 왜곡 및 진동을 야기하며, 그 에너지가 자기 공명 장치의 하우징으로 전달되게 한다. 또한, 이는 코일의 가열 및 다른 구성 요소들을 통해 헬륨 증발을 증가시킬 수 있다.
소음 최적화를 위해, 특히 바람직하게는 변경 가능한 시간 간격 내에서 자동으로 경사 곡선의 일차 도함수가 최적화될 수 있다. 즉, 경사 곡선은 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격 내에서 예를 들어, 특정 경계 조건하에 경사 펄스의 가능한 한 작은 슬루 레이트가 유지되는 방식으로 최적화되는데, 그 이유는 경사 펄스가 특히 높은 소음을 유발하기 때문이다. 특히 바람직하게는, 경사 곡선이 최적화 시 평활화되는데, 그 이유는 이러한 방식으로 매우 우수한 소음 감소가 달성되기 때문이다. 다시 말해, 하나 이상의 경사 펄스의 경사 곡선이 경사 곡선을 사전 설정하는 함수의 일차 도함수의 최소화와 관련하여 최적화되는 방식으로, 가능한 한 높은 소음 감소와 관련하여 최적화 단계가 수행된다. 또한, 이로써 경사 곡선의 더 작은 부하가 달성된다. 이로써, 더 적은 전류 소모, 경사 코일의 더 약한 가열, 그리고 더 감소한 헬륨 증발이 수반된다. 또한, 그로부터 비용 효율적인 경사 코일의 제공을 위한 새로운 가능성이 도출된다. 추가로, 하나 이상의 경사 펄스의 진폭이 최소화될 수도 있다.
소음 감소의 최적화, 즉 경사 곡선의 일차 도함수의 최적화가 아마도 가장 빈번한 적용예이기 때문에, 이하 대부분 이 변형예가 예로서 설명될 것이다. 그러나 명시되지 않는 한, 이러한 실시예를 통해 상기 방법이 상기 최적화 기준으로 한정되지는 않는다.
매우 바람직하게는, 사용된 최적화 기준과 무관하게 각각의 시간 간격의 시간적 길이의 일정한 유지 하에 최적화가 수행됨으로써, 자기 공명 시퀀스의 타이밍이 전체적으로 최적화에 의해 영향을 받지 않고 유지된다. 기본적으로, 다양한 최적화 기준, 예를 들어 상이한 시간적 섹션들 또는 상이한 유형의 경사 펄스들에 대해 상이한 최적화 기준이 제공되는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법에 의해 바람직하게는, 개별 경사 펄스의 고려 없이 자동으로 전체 경사 곡선이 최적화된다. 다만, 중요 시점들에서 그리고/또는, 현재 경사 진폭과 관련하여 전술한 바와 같이 변경되지 않는 자기 공명 시퀀스의 고정점 시간 간격들 내에서는 경사 곡선이 정의된 값으로 유지된다. 이들 사이에서 -경사 펄스도 포함하여- 전체 영역이 경사 곡선의 최적화에 액세스할 수 있다.
이 경우에, 개별 경사 축들(즉, 경사 방향들)에서 경사 곡선들이 특히 각각 별도로 최적화된다. 즉, 경사 곡선이 각각의 경사 축, 예를 들어 x 방향, y 방향, z 방향에서 예를 들어 판독 방향, 위상 부호화 방향 및 절편 선택 방향에서 개별적으로 고려되어 최적화된다.
특히, 복수의 경사 축의 변경 가능한 시간 간격과 복수의 경사 축의 고정점 시간 간격을 식별하기 위한 자기 공명 시퀀스의 자동 분석도 복수의 경사 축에 대해 각각 별도로 수행된다. 이로써, 특히 복수의 경사 축은 분석을 위해서뿐만 아니라 최적화를 위해서도 개별적으로 처리된다. 예를 들어 최적화할 수 없는 경사 펄스, 예를 들어 유동 보상 경사 펄스, 확산 경사 펄스, 노크(knock) 경사 펄스가 제1 경사 축 상에만 존재하는 경우, 상기 제1 경사 축 상에만 최적화될 수 없는 고정점 시간 간격이 세팅된다. 제1 경사 축의 최적화할 수 없는 경사 펄스 동안 제1 경사 축이 아닌 다른 경사 축들에서 발생하는 최적화 가능한 경사 펄스가 최적화될 수 있다. 이로써, 추가의 경사 축 상에서 발생하는 최적화 가능한 경사 펄스는, 동시에 제1 경사 축 상에서 최적화 불가능한 경사 펄스가 발생하여도, 최적화될 수 있다. 따라서, 최적화 불가능한 경사 펄스가 다른 경사 축 상에서 발생하는 경사 펄스의 최적화를 불필요하게 방해하는 점이 방지될 수 있다. 그럼으로써, 예를 들어 본 발명에 따른 최적화를 이용하여 소음 감소의 추가적인 개선이 달성될 수 있다.
경사 축들을 개별적으로 고려하는 절차를 구현하기 위한 가능한 방법 중 하나는, 최적화 불가능한 경사 펄스들을 특히 각각의 경사 축에 대해 고유한 데이터 베이스 내에 임시 저장(caching)하는 것이다. 이 경우, 경사 펄스의 최적화 중에 최적화 불가능한 경사 펄스가 인지되며, 그에 상응하게 변경되지 않고 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 자기 공명 시퀀스는, 복수의 경사 축 중 하나 이상의 제1 경사 축 상에 고정점 시간 간격이 존재하고, 복수의 경사 축 중 하나 이상의 다른 경사 축 상에 변경 가능한 시간 간격이 존재하는 하나 이상의 시간 영역을 포함한다. 특히, 하나 이상의 제1 경사 축의 고정점 시간 간격과 동시에, 하나 이상의 다른 경사 축의 변경 가능한 시간 간격이 존재한다. 이는 특히, 하나 이상의 시간 영역 동안 하나 이상의 제1 경사 축 상에 최적화 불가능한 경사 펄스가 존재하는 경우이다. 하나 이상의 시간 영역 동안에는 특히 고주파 펄스가 방사되지 않고, 그리고/또는 원 데이터의 판독이 수행되지 않는다. 이 경우, 상기 시간 영역에서는 바람직하게, 변경 가능한 시간 간격 동안 하나 이상의 다른 경사 축 상에서 발생하는 하나 이상의 경사 펄스가 최적화될 수 있다. 하나 이상의 경사 펄스의 이러한 최적화는, 하나 이상의 제1 경사 축 상에 최적화 불가능한 경사 펄스가 동시에 존재하더라도 수행될 수 있다. 이로써 예를 들어, 최적화 방법을 이용하여 소음 감소가 더 개선될 수 있다.
일 실시예에서, 자기 공명 시퀀스에 따라 이하의 이벤트들 중 적어도 하나가 시간 간격 내에서 수행되어야 하는 경우, 복수의 경사 축 중 하나의 경사 축의 시간 간격이 적어도 경사 축의 고정점 시간 간격으로서 식별된다:
- 고주파 펄스의 방출. 고주파 펄스가 동시에 방출되는 경우, 상기 시점에 스위칭된 경사 펄스는 고주파 펄스가 특정 공간 체적에 작용하도록 하는 데 이용되는 것으로 추정된다. 따라서, 상기 시간 간격 동안의 경사 펄스의 진폭의 변동은 자기 공명 시퀀스의 변조를 야기할 수도 있다. 이 경우에, 고주파 펄스의 방출은 통상, 고주파 펄스의 방출 동안 모든 경사 축 상에 고정점 시간 간격이 존재하도록 한다.
- 원 데이터의 판독, 즉 판독 창의 세팅, 특히 ADC의 수신 준비 스위칭. 이 경우에도, 동시에 스위칭된 경사 펄스들은 어느 공간 영역에서 자기 공명 신호가 수신되는지를 부호화하는 데 이용된다. 이 기간 동안에도, 경사 진폭의 변동이 자기 공명 시퀀스의 변조를 야기할 수도 있다. 이 경우, 원 데이터의 판독은 통상, 원 데이터의 판독 중에 모든 경사 축 상에 고정점 시간 간격이 존재하도록 하는 데 이용된다.
- 경사 축 상의 유동 보상 경사 펄스의 스위칭. 상기 유동 보상 경사 펄스는 일반적으로 절대값은 동일하고 부호는 서로 서로 다른 2개의 경사 모멘트로 구성된다. 이 경사 펄스가 변경되어야 하는 경우, 최적화 시 반대 방향의 모멘트가 결합되어 제로 모멘트가 생성될 수도 있기 때문에, 유동 보상이 파괴될 수도 있다.
- 경사 축 상의 확산 경사 펄스의 스위칭. 이러한 확산 경사 펄스 역시, 매우 특정된 신호 간격에 걸쳐 정의된 경사 진폭을 적용하여 신호의 특정 부호화를 달성하는 데 이용된다. 따라서, 여기서도 변동은 측정의 변조를 야기할 수 있다.
- 경사 축 상의 노크 경사 펄스의 스위칭. 이러한 유형의 노크 경사 펄스("톡-톡-톡 펄스(tok-tok-tok pulse)"라고도 불림)는, 측정 시작 시 너무 시끄럽지도 너무 조용하지도 않은 정의된 노크 소음을 발생시키는 데 이용된다. 이 경우, 자기 공명 장치 내에 있는 환자는, 이제 (통상 불가피한) 소음 노출을 수반하는 측정이 시작되는 상황에 대비할 수 있다. 예를 들어, 이러한 노크 경사 펄스들이 소음 최적화의 영향을 받게 되면, 이는 노크 경사 펄스들의 소음 감소를 초래하여 환자에게 사전 예고하는 기능을 더 이상 충족시키지 못할 수도 있다.
본래는 최적화 불가능한 경사 펄스도, 예를 들어 플래토(plateau) 파라미터들(높이 및 길이)이 유지되는 한 에지들이 변경될 수 있는 방식으로, 경우에 따라 최적화 가능한 시간 간격들을 포함할 수 있다.
제1 경사 축 상에서 최적화 불가능한 경사 펄스, 예를 들어 유동 보상 경사 펄스, 확산 경사 펄스 또는 노크 경사 펄스의 스위칭은 바람직하게, 제1 경사 축이 아닌 다른 경사 축 상에 동시에 변경 가능한 시간 간격이 존재할 수 있도록 하는 상황을 야기한다. 이 경우에, 제1 경사 축은 복수의 경사 축 중 임의의 하나일 수 있다. 따라서, 제1 경사 축 상의 최적화 불가능한 경사 펄스의 존재는 다른 경사 축 상의 경사 펄스의 최적화를 방해하지 않는다. 또한, 통상의 기술자에게 바람직한 것으로 여겨지는 최적화 불가능한 다른 경사 펄스도 존재할 수 있다. 또한, 예를 들어 차단 경사 펄스(blocking gradient pulse)도 고려될 수 있는데, 이 차단 경사 펄스 동안에는 차단 경사 펄스의 형상(design)으로 인해 모든 경사 축 상에 고정점 시간 간격이 존재한다.
일 실시예에서, 경사 축의 시간 간격을 고정점 시간 간격으로서 식별하거나, 변경 가능한 시간 간격으로 식별하는 것은 이하 방법들 중 하나 이상의 방법에 의해 수행된다:
- 고주파 펄스 방출 시간의 분석,
- 판독 시간의 분석,
- 경사 축의 경사 펄스의 경사 곡선의 분석. 예를 들어 상기 경사 펄스는, 변경 불가능한 특정 경사 펄스에 대해 사전 설정된 샘플 경사 곡선과 비교된다. 경사 펄스가 이러한 샘플 경사 곡선에 상응하는 경우, 상기 경사 펄스는 변경 불가능한 경사 펄스이다.
- 관련 시간 간격 내에서 후속하는 경사 펄스가 변경될 경사 펄스가 아님을 표시하는, 파라미터 세트 내에 포함된 식별자(예를 들어, 명칭, 플래그 등)의 분석. 예를 들어, 특정 경사 펄스를 포함하는 시간 간격은, 고정된 샘플링 레이트 내에서 사전 설정된 특정 시점에 개별 진폭값을 포함할 수 있다. 또는 대안적으로, 경사 펄스를 완전히 정의하기 위해, 상승 시간과, 특정 시간 이후에 달성될 최대 진폭과, 상기 진폭이 일정하게 유지될 플래토 시간의 기간과, 하강 시간에 관한 파라미터들도 포함될 수 있다. 추가로, 상기 두 경우 모두에서, 시간 간격 및/또는 파라미터 세트가, 시간 간격이 변경 불가능한 경사 펄스를 포함하는지의 여부 또는 심지어 부호화 및/또는 명칭(경사 펄스의 유형)이 예를 들어 유동 보상 경사 펄스, 확산 경사 펄스 등을 포함하는지에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 상기 파라미터 세트가 하나 이상의 경사 펄스에 관련될 수도 있다.
더욱이, 상술된 유형의 경사 펄스가 변경 불가능한 것으로 정의될 뿐만 아니라, 필요에 따라 추가 경사 펄스 또는 다른 유형의 경사 펄스도 특정 자기 공명 시퀀스에 대해 변경 불가능한 것으로서 결정될 수 있는데, 이는 예를 들어 상기 정의된 변경 불가능한 추가 경사 펄스를 식별하도록 분석 유닛을 상응하게 조정하고, 그리고/또는 파라미터 세트 내에 예를 들어 상기 경사 펄스를 위한 상응하는 식별자가 세팅되도록 하기 위함이다.
전술한 바람직한 변형예들은, 고정점 시간 간격을 식별하고 남아 있는 시간 간격들을 최적화하는 -통상적으로 비교적 간단한- 수단을 이용할 수 있음을 보여준다.
임상적 자기 공명 단층 촬영(MRT)에서 자주 사용되는 복수의 자기 공명 시퀀스의 경우, 예를 들어 스핀 에코 시퀀스(SE 시퀀스) 또는 터보 스핀 에코 시퀀스(TSE 시퀀스)의 경우, 공간 부호화(spatial coding)에 필요한 경사 펄스들에 추가로 경사 훼손 펄스(gradient spoiler pulse, 줄여서 spoiler)가 발생한다. 몇몇 경우, 특히 이들이 쌍으로 발생하는 경우, 경사 분쇄 펄스(gradient crusher pulse, 줄여서 crusher)로도 불리는 경사 훼손 펄스는, 실질적인 경사 펄스 직전 및/또는 직후에 동일한 경사 코일에 의해 발생하며, 예를 들어 원치않는 자유 유도 붕괴(FID; Free Induction Decay) 신호가 억제되게 하는 데 이용된다.
이러한 훼손 경사 및/또는 분쇄 경사는 종종 높은 소음 크기를 초래하기 때문에, 이러한 경사 펄스를 최적화하는 것이 바람직하다. 많은 경우에, 최적화된 경사 펄스가 특정 모멘트를 갖는 것이 중요하다. 경사 펄스의 모멘트는, 전술한 바와 같이, 통상 진폭의 시간에 따른 적분, 즉 경사 펄스 이하의 면적을 의미한다. 이 경우, 경사 펄스가 양인지 또는 음인지에 따라, 모멘트 또한 양 또는 음일 수 있다. 예를 들어, 훼손 펄스 또는 분쇄 펄스는 FID 신호가 확실하게 억제되도록, 각각 정확하게 지정된 훼손 모멘트 또는 분쇄 모멘트를 가져야 한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 경사 펄스의 모멘트가 일정하게 유지된다.
일 실시예에서, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 하나 이상의 경사 펄스의 경사 진폭이 고정점들에서 일정하게 유지되며, 이들 고정점은, 바람직하게 인접한 고정점 시간 간격에 대해 하나 이상의 변경 가능 시간 간격의 간격 경계에서 적어도 경계값을 포함한다. 이 경우에, 최적화 가능한 시간 간격 내에서 특정 고정값들, 예를 들어 매우 특정한 시점에서의 제로 진폭값의 도달이 사전 설정될 수 있다. 또는, 특히 바람직하게는, 상기 고정점들이 인접한 고정점 시간 간격에 대한 변경 가능한 시간 간격의 간격 경계에서 적어도 경계값을 포함한다. 이벤트 블록들이, 변경 가능한 시간 간격 또는 고정점 시간 간격 중 하나만 각각 포함하는 발신 이벤트 블록들로 재분류(resorting)되는 한, 경계값은 예를 들어 최적화 가능한 각각의 발신 이벤트 블록의 시작 및 종료 시 한계값이다. 이러한 경계 조건에 의해, 경사 곡선 내에 불연속성이 나타나지 않으며, 이벤트 블록 경계에 걸쳐 그리고/또는 고정점 시간 간격과 변경 가능한 시간 간격 사이의 경계에 걸쳐 연속으로 진행하도록, 경사 펄스의 형태가 선택되는 점이 보장된다.
일 실시예에서, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 하나 이상의 경사 펄스의 경사 진폭의 경사가 고정점들에서 일정하게 유지되며, 이들 고정점은 바람직하게는 인접한 고정점 시간 간격에 대한 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격의 간격 경계들에서 적어도 경계값을 포함한다. 따라서, 시간 간격 경계들에 걸쳐 에지 및/또는 단속 없이 경사 곡선의 균일한 이행(transition)이 달성될 수 있다. 슬루 레이트의 급작스러운 스위칭도 방지된다. 특히, 최적화될 수 없는 경사 펄스로부터 경사 축 상의 최적화 가능한 하나 이상의 경사 펄스로의 이행 시 바람직하게 경사가 일정하게 유지되도록 하는 데 주의해야 한다. 그럼으로써, 최적화할 수 없는 경사 펄스와 하나 이상의 최적화 가능한 경사 펄스 사이의 균일한 이행이 보장될 수 있다.
일 실시예에서, 하나의 경사 축의 서로 인접한 복수의 경사 펄스가 조합되어 공통의 경사 펄스가 형성된다. 이에 의해 특별한 장점이 제공되는데, 그 이유는, 단지 그 다음 경사 펄스를 형성하기 위한 목적으로 경사 진폭이 상응하게 가파른 에지로써 다시 상승하도록 하기 위해, 상기 경사 진폭이 불필요하게 제로 값으로 감소하지 않기 때문이다.
경사 곡선의 일차 도함수를 가능한 한 작게 유지하기 위해, 그리고 이때 사전 설정된 경계 조건을 준수하기 위해, 특히 주어진 고정점을 달성하기 위해, 원칙적으로 상이한 방법들이 최적화에 이용될 수 있다. 이른바 스플라인 보간법을 이용하는 것이 특히 효과적인 것으로 판명되었다. 가장 바람직하게는 4차 방법(fourth-order method)이 이용된다. 스플라인 보간에서는 조각별 연속 다항식, 이른바 스플라인을 이용하여, 주어진 노드점들, 본 경우에서는 예를 들어 고정점들의 보간이 시도된다. 그 대안으로, 다항식 보간이 이용될 수도 있다. 그러나, 스플라인 보간법은, 고정점들이 불리하게 위치해 있는 경우에도 아직 유용한, 특정 근사 특성을 갖는 곡선 진행이 많지 않은 계산 비용으로 달성될 수 있다는 장점을 갖는다. 특히 스플라인 보간법은 적은 선형 비용으로도 계산될 수 있다.
최적화의 종료를 위해, 바람직하게는 하나 이상의 최적화된 경사 펄스의 일 경사 곡선이, 시스템 규격 파라미터의 준수와 관련하여, 바람직하게는 적어도 최대로 허용 가능한 경사 진폭 및/또는 최대로 허용 가능한 슬루 레이트의 준수와 관련하여 테스트된다. 최적화된 하나 이상의 경사 펄스의 경사 곡선이 시스템 규격 파라미터를 준수하지 않는 경우, 바람직하게는 최적화된 하나 이상의 경사 펄스의 경사 곡선은 다시 하나 이상의 경사 펄스의 원래 경사 곡선으로 대체된다.
또한, 자기 공명 시퀀스는 시간적으로 연속되는 이벤트 블록 형태로 경사 코일 유닛에 전달될 수 있다. 경사 코일 유닛에 전달되기 전에, 도착하는 자기 공명 시퀀스의 이벤트 블록은 각각의 이벤트 블록 내에서 고정점 시간 간격과 변경 가능한 시간 간격의 식별을 위해 분석될 수 있다. 그에 따라, 자기 공명 시퀀스가 발신 이벤트 블록들로 새로 세분될 수 있다. 이 경우에, 각각의 이벤트 블록은 특정 이벤트, 예를 들어 지방 포화 펄스의 방출, 특정 훼손 경사, 경사 에코 시퀀스 내에서의 특정 반복 등을 특성화한다. 개별 이벤트는 상황에 따라 복수의 고주파 펄스 및/또는 스위칭된 판독 창과, 이에 매칭되어 스위칭된 경사 펄스로 구성될 수 있다. 새로운 세분은 바람직하게, 하나의 이벤트 블록이 단 하나의 고정점 시간 간격 또는 단 하나의 변경 가능한 시간 간격을 포함하도록 수행된다. 다시 말해, 고정점 시간 간격들과 변경 가능한 시간 간격들은 바람직하게 별도의 발신 이벤트 블록으로서 예를 들어 분석 유닛으로부터 경사 펄스 유닛으로 전달되며, 이때 특히 바람직하게는 인접한 수신 이벤트 블록들 내에서 서로 인접한 고정점 시간 간격들 및 서로 인접한 변경 가능한 시간 간격들이 조합되어 새로운 발신 이벤트 블록들을 형성한다. 변경 가능한 시간 간격을 포함하는 발신 이벤트 블록은 본 발명에 따라, 경사 코일 유닛에 전달되기 전에 먼저 하나 이상의 경사 펄스의 경사 곡선의 최적화를 위해 최적화 단계를 거친다. 이에 반해, 단지 고정점 시간 간격으로만 이루어진 발신 이벤트 블록은 변경되지 않은 상태로 경사 코일 유닛에 전달되며, 경우에 따라 지연된 후에 그 사이 최적화된 발신 이벤트 블록에 대해 다시 시간적으로 매칭되어 경사 코일 유닛에 도착한다. 그 다음, 경사 코일 유닛은 최적화되지 않은 이벤트 블록과 최적화된 이벤트 블록을 매칭된 순서대로 차례로 실행하며, 다시 말해, 경사 코일 유닛은 상응하는 제어 명령을 고주파 안테나 유닛 및 경사 코일 유닛에 송신함으로써, 최적화된 전체 자기 공명 시퀀스가 올바른 시간순으로, 바람직하게는 최적화 이전과 동일하게 변경되지 않은 타이밍으로 방출된다. 이때, 이벤트 블록들은 바람직하게 각각 다시 복수의 경사 축에 대해 고유하게 세팅된다. 이로써, 바람직하게 자기 공명 시퀀스의 새로운 세분은 복수의 경사 축에 대해 개별적으로 수행된다.
또한, 본 발명은 자기 공명 장치의 작동 방법에 관한 것이며, 먼저 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위한 본 발명에 따른 방법에서 자기 공명 시퀀스가 최적화되고, 그 다음 상기 최적화된 자기 공명 시퀀스를 이용하여 자기 공명 장치가 작동된다. 측정 동안, 즉 환자가 자기 공명 장치의 환자 터널 내에 있는 동안에는, 상응하게 선택된 최적화 기준에서, 영상 품질의 저하 및 측정 지속 시간의 연장이 수반되지 않으면서, 예를 들어 더 작은 소음이 발생한다. 상기 최적화는 바람직하게 자기 공명 시퀀스의 실행 시 또는 실행 직전에 온라인으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위한 시퀀스 최적화 유닛에 관한 것이다. 시퀀스 최적화 유닛은, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터를 구비한다. 또한, 시퀀스 최적화 유닛은 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위한 방법을 수행하도록 구성된다.
이를 위해, 시퀀스 최적화 유닛은 자기 공명 시퀀스의 채택을 수행하도록 구성된 입력 인터페이스를 포함하며, 이때 자기 공명 시퀀스는 복수의 경사 펄스를 포함하고, 복수의 경사 펄스는 복수의 경사 축 상에 분배되며, 복수의 경사 축은 각각 변경되지 않고 남겨질 복수의 고정점 시간 간격 및 최적화될 수 있는 변경 가능한 복수의 시간 간격을 포함한다.
또한, 시퀀스 최적화 유닛은, 자기 공명 시퀀스 내에서 복수의 경사 축의 고정점 시간 간격과 복수의 경사 축의 변경 가능한 시간 간격을 식별하기 위해 복수의 경사 축에 대해 각각 별도로, 자기 공명 시퀀스의 자동 분석을 수행하도록 구성된 분석 유닛을 포함한다.
또한, 시퀀스 최적화 유닛은 복수의 경사 펄스 중 하나 이상의 경사 펄스의 자동 최적화를 수행하도록 구성된 최적화 유닛을 포함하며, 이때 하나 이상의 경사 펄스는 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격 동안에 발생한다.
본 발명에 따른 시퀀스 최적화 유닛의 실시예들은 본 발명에 따른 방법의 실시예들과 유사하게 구성된다. 시퀀스 최적화 유닛은, 본 발명에 따른 방법의 실행을 위해 필요한, 그리고/또는 바람직한 추가의 제어 구성 요소를 구비할 수 있다. 또한, 시퀀스 최적화 유닛은, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해, 자기 공명 장치에 제어 신호를 송출하고, 그리고/또는 제어 신호를 수신하고, 그리고/또는 처리하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 시퀀스 최적화 유닛은 자기 공명 장치의 제어 유닛의 부분이며, 바람직하게는 고주파 안테나 유닛 및/또는 경사 펄스 유닛의 상류에 비교적 가깝게 연결된다. 시퀀스 최적화 유닛의 메모리 유닛에는, 시퀀스 최적화 유닛의 프로세서가 본 발명에 따른 방법의 작업 흐름을 자동으로 제어하고, 그리고/또는 실행하게 하는 데 이용될 수 있는 컴퓨터 프로그램 및 추가 소프트웨어가 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 자기 공명 장치는 시퀀스 최적화 유닛을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 자기 공명 장치는, 시퀀스 최적화 유닛을 이용하여 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성된다. 시퀀스 최적화 유닛은 자기 공명 장치 내에 통합될 수 있다. 시퀀스 최적화 유닛은 자기 공명 장치와 별도로 설치될 수도 있다. 시퀀스 최적화 유닛은 자기 공명 장치와 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은, 자기 공명 장치의 프로그래밍 가능한 컴퓨터의 메모리 내에 직접 로딩될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램 제품이 자기 공명 장치의 컴퓨터에서 실행될 경우 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 프로그램 코드 수단을 갖는다. 이에 의해, 본 발명에 따른 방법은, 신속하고 견고하며 동일하게 반복 가능하도록 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터를 이용하여 본 발명에 따른 방법 단계를 실행할 수 있도록 구성된다. 이 경우, 컴퓨터는 각각의 방법 단계가 효율적으로 실행될 수 있도록, 각각 예를 들어 상응하는 작업 메모리, 상응하는 그래픽 카드 또는 상응하는 논리 유닛과 같은 요건을 구비해야 한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 예를 들어 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되거나, 네트웍 또는 서버에 저장되며, 이로부터 컴퓨터 프로그램 제품은, 자기 공명 장치와 직접 연결되거나 자기 공명 장치의 부분으로서 구성될 수 있는 로컬 컴퓨터의 프로세서로 로딩될 수 있다. 또한, 컴퓨터 프로그램 제품의 제어 정보는 전자 판독 가능한 데이터 매체에 저장될 수 있다. 전자 판독 가능한 데이터 매체의 제어 정보는, 자기 공명 장치의 컴퓨터 내에서 데이터 매체가 사용될 때 상기 제어 정보가 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 전자 판독 가능한 데이터 매체에 대한 예는, 전자 판독 가능한 제어 정보, 특히 소프트웨어(상기 참조)가 저장된 DVD, 자기 테이프, 또는 USB 스틱이다. 이러한 제어 정보(소프트웨어)가 데이터 매체로부터 판독되어 자기 공명 장치의 제어부 및/또는 컴퓨터에 저장되면, 상술한 방법의 본 발명에 따른 모든 실시예가 수행될 수 있다.
자기 공명 장치의 작동을 위한 본 발명에 따른 방법, 본 발명에 따른 시퀀스 최적화 유닛, 본 발명에 따른 자기 공명 장치 및 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 제품의 장점들은 앞서 상세히 설명한 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위한 본 발명에 따른 방법의 장점들과 실질적으로 일치한다. 여기에 언급된 특징, 장점 및 대안적인 실시예는 다른 청구 대상들로도, 그리고 그 반대로도 전용될 수 있다. 다시 말해, 물건 청구항들이 방법과 관련되어 설명되거나 청구된 특징들로 구성될 수도 있다. 여기서, 방법의 대응되는 기능적 특징들은 대응되는 대상 모듈, 특히 하드웨어 모듈에 의해 형성된다.
이하에서는, 도면들에 도시된 실시예들을 참조로 본 발명이 상세히 기술되고 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 수행을 위한 본 발명에 따른 자기 공명 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 실시예의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 따라 최적화되어야 하는 자기 공명 시퀀스의 시퀀스 그래프이다.
도 4는 경사 축이 고정점 시간 간격 및 변경 가능한 시간 간격으로 분할되는 도 3에 따른 시퀀스 그래프이다.
도 5는 변경 가능한 시간 간격 동안에 수행되는 경사 펄스의 최적화 이후의, 도 4 및 도 3에 따른 시퀀스 그래프이다.
도 1은 본원 발명에 따른 방법의 수행을 위한 본원 발명에 따른 자기 공명 장치(11)를 개략적으로 도시한다. 자기 공명 장치(11)는, 강력하고 특히 일정한 주 자기장(18)을 발생시키도록 주 자석(17)을 구비한, 자석 유닛(13)으로 형성된 검출 유닛을 포함한다. 이에 추가하여, 자기 공명 장치(11)는 환자(15)의 수용을 위한 원통형 환자 수용 영역(14)을 포함하며, 상기 환자 수용 영역(14)은 주연 방향으로 자석 유닛(13)에 의해 원통형으로 둘러싸여 있다. 환자(15)는 자기 공명 장치(11)의 환자 지지 장치(16)를 이용하여 환자 수용 영역(14) 내로 슬라이딩될 수 있다. 이를 위해, 환자 지지 장치(16)는 자기 공명 장치(11) 내에서 이동 가능하도록 배치된 환자 테이블을 포함한다. 자석 유닛(13)은 자기 공명 장치의 하우징 케이싱(31)에 의해 외부에 대해 차폐된다.
또한, 자석 유닛(13)은 촬상 도중 공간 부호화를 위해 사용되는 자기장 경사를 발생시키는 경사 코일 유닛(19)을 포함한다. 경사 코일 유닛(19)은 경사 제어 유닛(28)에 의해 제어된다. 자기장 경사는 x 방향, y 방향 및 z 방향의 경사 축들을 따라 발생한다. 이를 위해, 경사 코일 유닛(19)의 경사 코일들은 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 서로 독립적으로 제어될 수 있으므로, 사전 설정된 조합을 통해 경사는 임의의 공간 방향(에컨대, 절편 선택 방향, 위상 부호화 방향 또는 판독 방향)으로 인가될 수 있으며, 이들 방향은 통상 선택된 절편 배향에 좌우된다. 마찬가지로, 경사 스위칭의 공간 방향들도 x 방향, y 방향 및 z 방향과 일치할 수 있는데, 예를 들어 절편 선택 방향은 z 방향을, 위상 부호화 방향은 y 방향을, 그리고 판독 방향은 x 방향을 가리킬 수 있다. 여기서 x 방향은 주 자기장(18)의 방향(z 방향)에 수평으로 직교하도록 위치하는 방향을 의미한다. y 방향은 z 방향에 수직으로 직교하고, x 방향에 직교하도록 위치하는 방향을 의미한다.
또한, 자석 유닛(13)은, 도시된 경우에서 자기 공명 장치(10) 내에 영구적으로 통합된 동체 코일(body coil)로서 형성된 고주파 안테나 유닛(20)과, 주 자석(17)에 의해 형성된 주 자기장(18) 내에서 발생하는 분극(polarization)의 여기를 위한 고주파 안테나 제어 유닛(29)을 포함한다. 고주파 안테나 유닛(20)은 고주파 안테나 제어 유닛(29)에 의해 제어되고, 실질적으로 환자 수용 영역(14)에 의해 형성되는 검사 공간 내로 고주파 무선 주파수 펄스를 방사한다.
자기 공명 장치(11)는 주 자석(17), 경사 제어 유닛(28) 및 고주파 안테나 제어 유닛(29)을 제어하기 위해 제어 유닛(24)을 포함한다. 제어 유닛(24)은 예를 들어 자기 공명 시퀀스의 실행과 같이 자기 공명 장치(11)를 중앙 제어한다. 예를 들어, 촬상 파라미터와 같은 제어 정보 및 재구성된 자기 공명 화상은 사용자를 위해 자기 공명 장치(11)의 디스플레이 유닛(25), 예를 들어 하나 이상의 모니터상에 표시될 수 있다. 또한, 자기 공명 장치(11)는, 측정 프로세스 중에 사용자가 정보 및/또는 촬상 파라미터를 입력하는 데 이용될 수 있는 입력 유닛(26)을 포함한다. 제어 유닛(24)은 경사 제어 유닛(28) 및/또는 고주파 안테나 제어 유닛(29) 및/또는 디스플레이 유닛(25) 및/또는 입력 유닛(26)을 포함할 수 있다.
자기 공명 장치는 또한 자기 공명 시퀀스의 촬상 파라미터의 최적화를 위한, 상세히 도시되지 않은 컴퓨터를 포함하는 시퀀스 최적화 유닛(30)을 포함한다. 또한, 시퀀스 최적화 유닛(30)은 입력 인터페이스(32), 분석 유닛(33) 및 최적화 유닛(34)을 더 포함한다. 자기 공명 장치(11), 특히 시퀀스 최적화 유닛(30)은 본원 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성된다.
도시된 자기 공명 장치(11)는 자기 공명 장치(11)가 통상적으로 포함하는 추가 구성 요소를 당연히 포함할 수 있다. 아울러, 자기 공명 장치(11)의 일반적인 기능은 통상의 기술자에게 공지되어 있으므로, 추가 구성 요소의 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본원 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다. 제1 방법 단계(200)에서, 먼저 자기 공명 시퀀스의 선택 및 준비가 통상적인 방식으로 수행된다. 즉, 통상 사용자가 입력 유닛(26)을 통해 자기 공명 시퀀스의 유형을 결정하고, 그리고/또는 특정 자기 공명 시퀀스가 정의되어 있는 상응하는 프로토콜을 탐색한다. 이때, 프로토콜은 각각의 자기 공명 시퀀스를 위한 다양한 촬상 파라미터를 포함한다. 상기 촬상 파라미터에는, 요구된 자기 공명 시퀀스에 대한 특정 기본 원칙, 예를 들어 자기 공명 시퀀스의 유형, 즉 자기 공명 시퀀스가 스핀 에코 시퀀스인지 터보 스핀 에코 시퀀스 등인지가 속한다. 또한, 절편 두께, 절편 간격, 절편 수, 해상도, 반복 시간, 스핀 에코 시퀀스 내 에코 시간 등이 상기 촬상 파라미터에 속한다. 입력 유닛(26)을 이용하여, 사용자는 현재 요구되는 측정을 위한 개별적인 자기 공명 시퀀스를 생성하기 위해 이러한 촬상 파라미터의 일부를 변경할 수 있다. 이를 위해, 변경 가능한 촬상 파라미터는, 예를 들어 디스플레이 유닛(25)의 그래픽 사용자 인터페이스상에서 변경을 위해 사용자에게 제공된다.
그 다음 방법 단계(201)에서는, 사전 설정되고 정의된 촬상 파라미터와 함께 자기 공명 시퀀스의 정확한 타이밍 및 작업 흐름이 계산된다. 자기 공명 시퀀스는 예를 들어, 자기 공명 장치(11)의 계산 시스템에서 소프트웨어 구성 요소의 형태로 구현되는 제어 유닛(24)에서 계산될 수 있다. 자기 공명 시퀀스는 복수의 경사 펄스를 포함하며, 상기 복수의 경사 펄스는 복수의 경사 축 상에 분배되고, 상기 복수의 경사 축은 변경되지 않고 남겨질 복수의 고정점 시간 간격 및 최적화될 수 있는 복수의 고정점 시간 간격을 각각 포함한다. 자기 공명 시퀀스는, 복수의 경사 축의 하나 이상의 제1 경사 축 상에 고정점 시간 간격이 존재하고, 복수의 경사 축의 하나 이상의 다른 경사 축 상에 변경 가능한 시간 간격이 존재하는 하나 이상의 시간 영역을 더 포함한다.
그 다음 방법 단계(202)에서, 전송될 준비는 되었지만 아직 최적화되지는 않은 자기 공명 시퀀스가 이벤트 블록으로도 불리는 시간 간격의 형태로 전달된다. 경사 제어 유닛(28) 및 고주파 안테나 제어 유닛(29)으로의 시간 간격의 직접적인 전달은 수행되지 않는다. 오히려, 이 방법 단계(202)에서는 자기 공명 시퀀스가 제어 유닛(24)으로부터 경사 제어 유닛(28) 및 고주파 안테나 제어 유닛(29)으로 전달되기 전에, 먼저 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위해 시퀀스 최적화 유닛(20)으로 전달된다. 이때, 시퀀스 최적화 유닛(30)의 입력 인터페이스(32)는, 실질적으로 완성되어 전송될 준비가 된, 그러나 최적화되어야 할 자기 공명 시퀀스를 채택하도록 설계된다.
그 다음 방법 단계(203)에서, 시퀀스 최적화 유닛(30)의 분석 유닛(33)이 자기 공명 시퀀스를 자동으로 분석하여, 복수의 경사 축의 변경 가능한 시간 간격과 복수의 경사 축의 고정점 시간 간격을 식별한다. 이때, 고정점 시간 간격 및 변경 가능한 시간 간격은 복수의 경사 축 각각에 대해 개별적으로 식별된다. 이는 도 3으로부터 도 4로의 이행에서 예시적으로 도시된다.
특히, 자기 공명 시퀀스의 자동 분석 중에, 자기 공명 시퀀스에 따라 이하의 이벤트들 중 적어도 하나가 시간 간격 내에서 수행되어야 하는 경우, 자기 공명 시퀀스 내 경사 축의 시간 간격이 적어도 고정점 시간 간격으로서 분석 유닛(33)에 의해 식별된다:
- 고주파 펄스의 방출,
- 원 데이터의 판독,
- 경사 축 상의 유동 보상 경사 펄스의 스위칭,
- 경사 축 상의 확산 경사 펄스의 스위칭,
- 경사 축 상의 노크 경사 펄스의 스위칭.
이를 위해, 자기 공명 시퀀스 내에서 경사 축의 시간 간격을 고정점 시간 간격으로서 식별하거나, 변경 가능한 시간 간격으로서 식별하기 위해, 분석 유닛(33)은 이하의 방법들 중 적어도 하나를 이용한다:
- 고주파 펄스 방출 시간의 분석,
- 판독 시간의 분석,
- 경사 축의 경사 펄스의 경사 곡선의 분석,
- 파라미터 세트 내에 포함되는 식별자들의 분석.
그 다음 방법 단계(204)에서, 시퀀스 최적화 유닛(30)의 최적화 유닛(34)에 의해 복수의 경사 펄스 중 하나 이상의 경사 펄스의 자동 최적화가 수행되며, 상기 하나 이상의 경사 펄스는 변경 가능한 하나 이상의 시간 간격 중에 발생한다. 본 방법 단계(204)는 도 4로부터 도 5로의 이행에서 예시적으로 도시된다.
특히, 상기 하나 이상의 경사 펄스의 최적화는 소음 최적화를 위해 수행된다. 이를 위해, 변경 가능한 시간 간격 내에서 자동으로 상기 하나 이상의 경사 펄스의 경사 곡선의 일차 도함수가 최적화되는 것이 특히 바람직하다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시 경사 펄스의 모멘트가 일정하게 유지된다. 또한, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 하나 이상의 경사 펄스의 경사 진폭이 고정점들에서 일정하게 유지되는 것이 더욱 유리하며, 고정점들은 인접한 고정점 시간 간격에 대한 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격의 간격 경계들에서 적어도 경계값을 포함하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시 유리하게는 하나 이상의 경사 펄스의 경사 진폭의 경사가 고정점들에서 일정하게 유지되며, 고정점들은 바람직하게는 인접한 고정점 시간 간격에 대한 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격의 간격 경계들에서 적어도 경계값을 포함한다. 마지막으로, 상기 최적화 시, 가능하다면, 하나의 경사 축의 인접한 복수의 경사 펄스가 조합되어 공통의 경사 펄스를 형성한다.
최적화된 자기 공명 시퀀스는 그 다음 방법 단계(205)에서 최종적으로 경사 제어 유닛(28) 및 고주파 안테나 제어 유닛(29)으로 전달된다. 경사 제어 유닛(28) 및 고주파 안테나 제어 유닛(29)은 최적화된 자기 공명 시퀀스로부터 대응하는 제어 명령을 생성하여, 이를 고주파 안테나 유닛(20) 및 경사 코일 유닛(19)으로 전달하며, 자기 공명 장치(11)를 이용하여 자기 공명 화상 데이터를 기록하기 위해, 전체 최적화 자기 공명 시퀀스가 예를 들어 최적화 이전에 비해 감소한 소음 크기로 올바른 시간 순서로 실행된다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 방법의 방법 단계들은 자기 공명 장치, 특히 시퀀스 최적화 유닛(30)에 의해 실행된다. 이를 위해, 자기 공명 장치, 특히 시퀀스 최적화 유닛(30)은 자기 공명 장치(11), 특히, 시퀀스 최적화 유닛(30)의 메모리 유닛 내에 저장되어 있는 요구된 소프트웨어 및/또는 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 소프트웨어 및/또는 컴퓨터 프로그램은, 상기 소프트웨어 및/또는 프로그램이 자기 공명 장치(11), 특히, 시퀀스 최적화 유닛(30)의 프로세서 유닛에 의해 자기 공명 장치(11), 특히, 시퀀스 최적화 유닛(30) 내에서 실행될 경우 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된 프로그램 수단을 포함한다.
도 3은, 예컨대 4개의 시간 간격(Z1, Z2, Z3, Z4)으로 세분되는 매우 간략화된 자기 공명 시퀀스의 일부의 시퀀스 그래프를 예시적으로 도시한다. 이 시퀀스 그래프에는, 통상 상하 적층형으로 놓인 상이한 시간 축들 상에 시간(t)에 따라 각각 판독 창(W), 방출될 고주파 펄스(HF) 및 경사 펄스가 도시되어 있다. 판독 창(W)은 최상위 판독 시간 축(ADC) 상에 도시되어 있다. 방출될 고주파 펄스(HF)의 진폭은 상위 두 번째 고주파 펄스 시간 축(HF) 상에 도시되어 있다. 그 아래에 놓인 x 경사 축(Gx) 상에는 판독 방향으로 경사 펄스(Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5)가 도시되어 있다. y 경사 축(Gy) 상에는 위상 부호화 방향으로 스위칭되는 경사 펄스(Gy1, Gy2, Gy3)가 도시되어 있다. 최하위 z 경사 축(Gz) 상에는 절편 선택 방향으로의 경사 펄스(Gz1, Gz2, Gz3)가 도시되어 있다. 각각의 경사 축(Gx, Gy, Gz)의 위치는 각각 제로선을 지시하는데, 즉, 경사 펄스는 그 진폭이 경사 축(Gx, Gy, Gz)으로부터 하향으로 연장하느냐 아니면 상향으로 연장하느냐에 따라 음의 진폭 또는 양의 진폭을 가질 수 있음을 의미한다. 모든 시퀀스 그래프에서는 간소화를 위해 시간 방향 및 진폭 방향으로의 스케일링이 단지 임의의 단위로 수행된다.
자기 공명 시퀀스의 제1 시간 간격(Z1) 동안, 핵 스핀의 여기를 위해 고주파 펄스(HF)가 방출된다. 그러는 사이에, 제1 시간 간격(Z1) 동안 절편 선택 방향의 z 경사 축(Gz) 상의 경사 펄스(Gz1)가 발생하여, 고주파 펄스(HF1)가 절편 선택에 작용한다.
이 고주파 펄스(HF)의 종료 직후, 제2 시간 간격(Z2) 내에 모든 3개의 경사 축(Gx, Gy, Gz) 상에서 복수의 경사 펄스가 발생한다. 따라서 x 경사 축(Gx) 상에서 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1), 예를 들어 유동 보상 경사 펄스, 확산 경사 펄스 또는 노크 경사 펄스와, 최적화 가능한 추가 경사 펄스(Gx2)가 발생한다. 제2 시간 간격(Z2) 동안 y 경사 축(Gy) 상에서는 최적화 가능한 경사 펄스(Gy1)가 발생한다. 제2 시간 간격(Z2) 동안 z 경사 축 상에서는 마찬가지로 최적화 가능한 경사 펄스(Gz2)만 발생한다.
제3 시간 간격(Z3) 동안에는 판독 창(W) 내에서 자기 공명 신호의 판독이 수행된다. 이를 위해, x 경사 축 상에 경사 펄스(Gx3)가 스위칭된다.
그런 다음, 상기 경사 에코 시간 간격에 제4 시간 간격(Z4)이 이어지며, 상기 제4 시간 간격 동안에는 x 경사 축, y 경사 축 및 z 경사 축 상에 최적화 가능한 경사 펄스들(Gx4, Gx5, Gy2, Gy3, Gz3)이 동시에 스위칭된다.
도 4는 도 3의 자기 공명 시퀀스의 시퀀스 그래프를 도시한다. 여기서는, 추가 방법 단계(203)에서 분석 유닛(33)에 의해 자기 공명 시퀀스 내 고정점 시간 간격(IF)과 변경 가능한 시간 간격(IO)이 각각의 경사 축에 대해 별도로 식별된다. 최적화 불가능한 고정점 시간 간격(IF)은 각각의 경사 축 상에서 각각 빗금 표시된 패턴으로 메워져 있다. 변경 가능한 시간 간격(IO)은 빗금 표시된 패턴으로 메워져 있지 않다.
여기서, 고정점 시간 간격(IF)은, 시간 간격을 최적화 불가능한 고정점 시간 간격(IF)으로서 식별하는 상술된 기준 아래로 떨어지지 않는 시간 간격이다. 따라서, 모든 경사 축(Gx, Gy, Gz)에 대한 제1 시간 간격(Z1)은 고정점 시간 간격(IF)인데, 그 이유는 제1 시간 간격(Z1) 동안에는 고주파 펄스(HF)가 방출되기 때문이다. 제3 시간 간격(Z3)도 마찬가지로 모든 경사 축(Gx, Gy, Gz)에 대해 고정점 시간 간격(IF)인데, 그 이유는 제3 시간 간격(Z3) 동안 판독 창(W)이 스위칭되기 때문이다. 제4 시간 간격(Z4)은 분석 유닛에 의해 모든 경사 축(Gx, Gy, Gz)에 대해 변경 가능한 시간 간격(IO)으로서 식별되었는데, 그 이유는 제4 시간 간격 동안 고주파 펄스(HF), 판독 창(W) 및 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1)가 전혀 발생하지 않기 때문이다.
제2 시간 간격(Z2) 내에는 모든 경사 축(Gx, Gy, Gz)에 대해 2개의 변경 가능한 시간 간격(IO)이 존재한다. 이들 사이에는, x 경사 축(Gx) 상에 고정점 시간 간격(IF)이 존재하고, y 경사 축(Gy) 및 z 경사 축(Gz) 상에 각각 변경 가능한 시간 간격(IO)이 존재하는, 제2 시간 간격(Z2)의 시간 영역(Ix)이 포함된다. 이는, 시간 영역(Ix) 동안 x 경사 축(Gx) 상에 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1)가 스위칭되는 점에 기인한다. 그러나 이것이 y 경사 축(Gy) 또는 z 경사 축(Gz) 상의 경사 펄스가 최적화될 수 없도록 방해하는 것은 아니다.
변경 가능한 시간 간격들(IO) 내에서는, 경사 펄스, 특히, 경사 펄스의 경사 곡선이 이하의 경계 조건 하에서 임의로 변경될 수 있다:
최적화 불가능한 고정점 시간 간격(IF)을 포함하는 인접한 시간 간격들에 대한 경계점에서는 경사 진폭이 바람직하게 일정해야 한다. 또한, 바람직하게는 인접한 고정점 시간 간격(IF)에 대한 경계점들에서 경사 진폭의 경사가 일정해야 한다. 또한, 바람직하게는 각각의 최적화 가능한 시간 간격(IO) 내의 경사 펄스의 전체 모멘트는 최적화 전후에 동일해야 한다.
도 5는 시퀀스 최적화 유닛(30)의 최적화 유닛(34)을 이용하는 자기 공명 시퀀스의 최적화 이후의, 도 3 및 도 4의 자기 공명 시퀀스의 시퀀스 그래프를 도시한다.
도시된 예에서, 변경 가능한 시간 간격들(IO)은 방금 설명한 경계 조건들 하에서 3개의 경사 축(Gx, Gy, Gz)에 대해 별도로 최적화되며, 이때 경사 펄스는 도 5로부터 기인한다. 여기서, 최적화는 스플라인 보간법을 이용하여 수행되며, 이때 경계들에서의 진폭값은 각각 고정점으로서 간주되고, 전술한 경계 조건들(고정점에 도달하고, 고정점에서 경사 곡선의 일차 도함수가 일정하게 유지되고, 경사 곡선 하에서 적분의 일정한 유지됨) 하에서 스플라인은 각각의 최적화 가능한 시간 간격(IO) 내에 원하는 평활 경사 펄스를 제공한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자가 바람직하다고 여기는 다른 최적화 방법의 사용도 고려될 수 있다.
도 3과 도 4를 비교하면, 서로 인접하면서 상대적으로 각이 져있고 가파른 에지를 갖는 최적화 불가능한 경사 펄스들(Gx2, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gz2, Gz3)이 어떻게 서로에게 전이되어 부분적으로 공통된 형상을 갖는 최적화된 경사 펄스들(Gx2', Gx4', Gy1', Gy2', Gz2', Gz3', Gz4')로 전환되었는지를 잘 알 수 있다. 최적화된 경사 펄스들(Gx2', Gx4', Gy1', Gy2', Gz2', Gz3', Gz4')은 비교적 평활하기 때문에 경사 코일에 대한 부하를 훨씬 덜 수반하며, 소음 노출을 저감시킨다.
경사 펄스들의 조합에 대한 예로서, 특히 도 3에 따른 원래의 자기 공명 시퀀스의 경사 펄스들(Gy2, Gy3)이 조합되어 도 5에 따른 최적화된 자기 공명 시퀀스의 공통의 경사 펄스(Gy2')가 생성된 예와, 공통의 형상(Gx4')으로 대체된 경사 펄스들(Gx4, Gx5)의 예가 참조된다.
여기서는 특히, 절편 선택 고주파 펄스(HF)가 동시에 방출되는 제1 시간 간격(Z1) 동안에는 경사 펄스(Gz1)의 경사 진폭이 변경되지 않는 점에 주의한다. 즉, 상기 제1 시간 영역(Z1) 내에서는 도 3의 원래의 경사 펄스(Gz1)의 경사 곡선이 도 5의 경사 펄스(Gz1')의 경사 곡선과 일치한다. 이는, 판독 창(W)을 갖는 제3 시간 간격(Z3) 동안에 발생하는 경사 펄스(Gx3)에도 적용된다. 따라서, 도 3의 경사 펄스(Gx3)는 도 5의 경사 펄스(Gx3')와 동일하다.
마지막으로, 도 5의 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1') 역시, 도 3의 대응하는 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1)에 비해 최적화되지 않았다. 그러나 x 경사 축 상에서 후속하는 도 5의 경사 펄스(Gx2')는 도 3의 경사 펄스(Gx2)에 비해 그 경사 곡선이 최적화되었다. 이때, 경사 펄스(Gx2')는 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1')에 대한 경계부에서 그 진폭의 경사가, 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1')의 진폭의 경사로 조정되었다.
또한, x 경사 축(Gx) 상에서 발생하는 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1')가 최적화 불가능한 경사 펄스(Gx1')와 동시에 발생하는 y 경사 축(Gy) 및 z 경사 축(Gz)의 경사 펄스들(Gy1', Gz2', Gz3')의 최적화를 방해하지 않은 점에 주목한다. 이로써, 소음 감소의 추가의 개선이 달성될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조로, 본 발명에 따른 방법의 실시예에 따른 경사 펄스의 최적화를 이용하여 각각의 자기 공명 시퀀스가 실행 직전에 어떻게 소음 노출 및 경사 펄스의 부하와 관련하여 효과적으로 매우 신속하게 최적화되는지가 명확해진다.
바람직한 실시예들을 통해 본 발명을 상세히 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 공개한 실시예들에 한정되지 않으며, 발명의 보호 범위를 벗어나지 않는 한 통상의 기술자에 의해 다른 변형예들이 도출될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 방법은 임의의 자기 공명 시퀀스에 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법이며,
    복수의 경사 펄스를 포함하는 자기 공명 시퀀스를 채택하는 단계로서, 복수의 경사 펄스는, 변경되지 않고 남겨질 복수의 고정점 시간 간격과, 최적화가 허용되는 변경 가능한 복수의 시간 간격을 각각 포함하는 복수의 경사 축 상에 분배되는, 단계와,
    자기 공명 시퀀스 내에서, 복수의 경사 축의 고정점 시간 간격과 복수의 경사 축의 변경 가능한 시간 간격을 식별하기 위해, 복수의 경사 축에 대해 각각 별도로 자기 공명 시퀀스를 자동 분석하는 단계와,
    복수의 경사 펄스 중 하나 이상의 경사 펄스를 자동으로 최적화하는 단계로서, 상기 하나 이상의 경사 펄스는 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격 동안 발생하는 단계를 포함하고,
    자기 공명 시퀀스는, 복수의 경사 축 중 하나 이상의 제1 경사 축 상에 고정점 시간 간격이 존재하고, 복수의 경사 축 중 하나 이상의 다른 경사 축 상에 변경 가능한 시간 간격이 존재하는 하나 이상의 시간 영역을 포함하는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 자기 공명 시퀀스에 따라 이하의 이벤트들, 즉,
    - 고주파 펄스의 방출,
    - 원 데이터의 판독,
    - 경사 축 상의 유동 보상 경사 펄스의 스위칭,
    - 경사 축 상의 확산 경사 펄스의 스위칭,
    - 경사 축 상의 노크(knock) 경사 펄스의 스위칭
    중 하나 이상의 이벤트가 수행되어야 하는, 복수의 경사 축 중 하나의 경사 축의 시간 간격을 적어도 경사 축의 고정점 시간 간격으로 식별하는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 경사 축의 시간 간격을 고정점 시간 간격으로서 식별하거나, 변경 가능한 시간 간격으로서 식별하는 것은 이하의 방법들, 즉,
    - 고주파 펄스 방출 시간의 분석,
    - 판독 시간의 분석,
    - 경사 축의 경사 펄스의 경사 곡선의 분석, 및
    - 파라미터 세트 내에 포함된 식별자의 분석
    중 하나 이상의 방법에 의해 수행되는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 경사 펄스의 모멘트가 일정하게 유지되는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 고정점들에서 하나 이상의 경사 펄스의 경사 진폭이 일정하게 유지되며, 이들 고정점은 인접한 고정점 시간 간격에 대한 하나 이상의 변경 가능 시간 간격의 간격 경계들에서 적어도 경계값을 포함하는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 경사 펄스의 최적화 시, 고정점들에서 하나 이상의 경사 펄스의 경사 진폭의 경사가 일정하게 유지되며, 상기 고정점들은 인접한 고정점 시간 간격에 대한 하나 이상의 변경 가능한 시간 간격의 간격 경계들에서 적어도 경계값을 포함하는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  8. 제1항에 있어서, 하나의 경사 축의 서로 인접한 복수의 경사 펄스가 조합되어 공통의 경사 펄스가 형성되는, 자기 공명 시퀀스의 최적화 방법.
  9. 자기 공명 장치의 작동 방법이며,
    먼저 제1항의 방법에서 자기 공명 시퀀스가 최적화되고, 그 다음 상기 최적화된 자기 공명 시퀀스를 이용하여 자기 공명 장치가 작동되는, 자기 공명 장치 작동 방법.
  10. 자기 공명 장치의 자기 공명 시퀀스의 최적화를 위한 시퀀스 최적화 유닛이며,
    제1항의 방법을 실행시키도록 구성된 컴퓨터를 구비한 시퀀스 최적화 유닛.
  11. 제10항에 따른 시퀀스 최적화 유닛을 구비한 자기 공명 장치.
  12. 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록 매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 자기 공명 장치의 프로그래밍 가능한 컴퓨터의 메모리 내에 직접 로딩될 수 있고,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램이 자기 공명 장치의 컴퓨터에서 실행될 경우 제1항의 방법을 실행시키도록 구성되는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
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