KR101670547B1 - 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 이용한 자기 공명 데이터 획득 방법, 및 자기 공명 장치 - Google Patents

Abstract

확산 강조 자기 공명 시퀀스를 이용한 자기 공명 데이터 획득 방법, 및 자기 공명 장치
서로 직각인 경사 방향들로 경사를 생성하도록 설계된 세 개의 경사 코일을 포함하는 경사 코일 배열(32)을 갖는 자기 공명 장치(28)를 이용하는, 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 이용한 자기 공명 영상 데이터 획득 방법으로, 적어도 두 개의 경사 코일이 판독 경사 펄스의 가능한 슬루 레이트에 기여하도록 판독 경사가 경사 방향 중 적어도 하나에 대해 플립되고, 판독 시간(6, 10) 동안 일정한 위상 코딩 경사가 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

확산 강조 자기 공명 시퀀스를 이용한 자기 공명 데이터 획득 방법, 및 자기 공명 장치{METHOD TO ACQUIRE MAGNETIC RESONANCE DATA WITH A DIFFUSION-WEIGHTED MAGNETIC RESONANCE SEQUENCE, AND MAGNETIC RESONANCE DEVICE}

본 발명은 서로 직각인 경사(gradient) 방향들로 경사를 생성하도록 설계된 세 개의 경사 코일(gradient coils)을 포함하는 경사 코일 배열을 갖는 자기 공명 장치를 이용하는, 확산 강조(diffusion-weighted) 자기 공명 시퀀스를 이용한 자기 공명 데이터 획득 방법에 관한 것이다. 그 밖에, 본 발명은 자기 공명 장치에 관한 것이다.

자기 공명 영상화(magnetic resonance imaging)는 종종 의료 문맥에 적용되는 널리 알려진 일반적인 영상화 방법이다. 자기 공명 시퀀스의 범위 내에서, 스핀은 적어도 하나의 여기 펄스(excitation pulse)를 통해 여기되고 그 스핀에 의해 생성되는 결과적인 자기 공명 신호는 정의된 지속시간(에코 시간(echo time)으로 알려짐) 후 판독 시간에서 획득된다. 이에 의해 자기 공명 시퀀스의 상이한 시점에서 스위칭되는 경사를 통해 공간 코딩(spatial coding)이 행해진다. 이에 의해 전형적으로, 다음과 같이 알려진 것들, 즉 여기될 슬라이스(slice)를 정의하는 슬라이스 선택 경사; 및 슬라이스 내에서 해당 위상 방향으로 위치를 코딩하는 (전형적으로 이 슬라이스 선택 경사에 직각인) 위상 코딩 경사; 및 위상 코딩 경사 및 슬라이스 선택 경사에 직각인 방향으로 슬라이스의 스위핑(sweeping)을 허용하는 판독 경사 사이에는 차이가 있다. 전반적으로 말하면, 슬라이스 내에서 k 공간이 샘플링되는 경로가 얻어진다. 측정된 k 공간 데이터(자기 공명 데이터)는 자기 공명 영상이 생성되도록 푸리에(Fourier) 변환을 통해 위치 공간으로 변환될 수 있다. 현대의 자기 공명 장치에서 무선 주파수 코일은 자기 공명 신호의 수신, 경사 펄스의 생성을 위한 것과 마찬가지로 여기 펄스를 생성하는데 사용되지만, 전형적으로 영상화 영역에서 공간 방향에 각각 대응하는, 즉 이 경사 방향에서 경사 자기장을 생성할 수 있는 세 개의 경사 코일을 포함하는 경사 코일 배열이 제공된다. 그래서 많은 시퀀스는 z 방향을 슬라이스 선택 방향, y 방향을 위상 코딩 방향 그리고 x 방향을 판독 방향으로 이용한다.

많은 자기 공명 검사에서, 특히 환자 머리의 자기 공명 획득을 고려하면 확산 강조 자기 공명 시퀀스로 알려진 것들이 사용된다. 또한, 유방 검사를 위한 확산 강조 자기 공명 시퀀스도 제안되었다. 확산 강조 자기 공명 시퀀스는 확산 모듈로 어셈블될 수 있는 추가 경사 펄스(확산 경사로 알려짐)가 자기 공명 시퀀스에 통합되는 특징이 있다. 가장 흔하게, EPI(에코평면 영상(echoplanar imagaing)) 판독 트레인(trains)이 업스트림 확산 모듈과 결합된다. 따라서, 에코 시간(TE)이 가능한 짧을 때 최적의 영상 결과가 얻어진다. 따라서, 예를 들어, 임상적 해상도에서 리졸브(RESOLVE) 시퀀스로 알려진 것은 대략 60ms의 에코 시간을 허용한다. 리졸브 시퀀스는 디.에이. 포터(D.A. Porter) 및 알.엠. 하이더먼(R.M. Heidemann)의 "High resolution diffusion-weighted imaging using readout-segmented echo-planar imaging, parallel imaging and a two-dimensional navigator-based reacquisition", Magn. Reson. Med. 62:468-475(2009)라는 논문에서 제안되었다.

이때, 많은 확산 강조 자기 공명 시퀀스는 획득할 목표 객체(target object)에서 상이한 슬라이스를 측정하고, 이는 또한 이차원 자기 공명 영상화로도 나타낸다는 점이 주목된다. 따라서, 반복 시간(TR) 및 전체 획득 시간을 줄이기 위해 다수의 슬라이스를 동시에 획득하도록 하는 기술도 종종 사용되고 있다. 특히, 다수의 상이한 슬라이스의 자화(magnetization)를 실제로 동시적으로 여기 및 재초점화(refocus)하기 위해 변형된 무선 주파수 펄스가 사용될 수 있다. 그러면 결과적인 에코가 유사하게 동시에 발생하고, 여기서 자기 공명 신호로 샘플링된 상이한 슬라이스의 중첩된 개별 신호는, 예를 들어 다중 수신 코일에 대한 공간적으로 의존적인 정보가 사용되므로 알고리즘적으로 분리될 수 있다. 이는 병렬 영상화(parallel imaging)로 알려진 것의 애플리케이션으로, 종종 사용되는 한가지 알려진 실시예는 그라파(GRAPPA) 기술로; 예를 들어, 이와 관련하여 엠. 에이. 그리즈월드 등(M. A. Griswold et al.)의 "Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions(GRAPPA)", Magn. Reson. Med. 47(6):1202-1210 (2002)라는 논문을 참조한다. 동시적인 여기 및 재초점화의 기본적인 개념의 한가지 확장안은 카이피리냐(CAIPIRINHA) 방법으로도 알려진 것으로; 이와 관련하여 에프. 에이. 브로이어 등(F. A. Breuer el al.)의 "Controlled aliasing in parallel imaging results in higher acceleration (CAIPIRINHA) for multi-slice imaging", Magn. Reson. Med. 53:684-691(2005)을 참조한다. 예를 들어, 다중 슬라이스의 동시적인 영상화를 위한 짧은 경사 펄스를 이용한 CAIPIRINHA 방법을 확산 강조, 판독 세그먼트 에코평면 영상화 시퀀스(rs-EPI - 판독 세그먼트 에코 평면 영상화)와 결합하는 것이 제안되었으며; 예를 들어, 이와 관련하여 US 7 205 763 및 D.A. Porter 등의 전술한 논문을 참조한다.

실시간 피드백을 위해 내비게이터(navigators)가 사용될 수 있음이 또한 제시된다. 다음에, 내비게이터의 획득은 자기 공명 시퀀스의 제2 부분 시퀀스를 형성하며, 말하자면, 제2 부분 시퀀스는 동시에 실제 자기 공명 데이터의 획득을 위해 제1 부분 시퀀스에서 출력된 여기 신호를 이용하고 새로운 재초점 펄스 및 새로운 판독 시간을 이용한다. 강한 이동 유도 위상 오차 또는 다른 이동 효과가 이차원 내비게이터의 고려하의 보정(예를 들어 위상 보정)을 통해 확실하게 보정될 수 없는 경우 이들을 갖는 판독 세그먼트를 식별 및 재측정하기 위해 rs-EPI 시퀀스 또는 다른 확산 강조 자기 공명 시퀀스와 관련하여 내비게이터 피드백이 전형적으로 사용된다.

확산 강조 영상화의 범위 내에서 사용된 EPI 시퀀스 및 몇 개의 다른 자기 공명 시퀀스는 "블립(blips)"으로 알려진 짧은 경사 펄스가 판독 처리 사이의 위상 코딩 방향에서 스위칭되는 동안 판독 트레인의 판독 방향에서 정현파 판독 경사를 이용한다. k 공간 궤적과 관련하여, 하나의 k 공간 라인에서 판독되어야 하는 또 다른 k 공간 라인으로의 점프는 이와 같은 "블립"을 통해 가능한 빠르게 이루어질 수 있다.

특히 이러한 실시예에서, 확산 강조 자기 공명 시퀀스는 결과적으로 자기 공명 장치의 경사 코일 배열에 대한, 특히 이용가능한 슬루 레이트(SR)에 대한 매우 높은 요구를 제기한다. 짧은 에코 시간(TE)을 달성하기 위해, 경사축에 대해 >175T/m/s라는 매우 높은 슬루 레이트가 사용되며, 이는 하이 엔드(high-end) 경사 시스템으로만 가능하다. 따라서, 낮은 슬루 레이트만 허용하는 취약한 경사 시스템을 갖는 로우 엔드(low-end) 시스템에서 평가 가능한 결과를 제공하는 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 실행하는 것은 매우 어렵다. 그러나, 그러한 자기 공명 장치에서는 확산 강조 자기 공명 시퀀스 및 대응하는 임상 결과 또한 필요하다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 로우 엔드 자기 공명 장치가 사용된 경우, 이들이 경사 코일 배열의 현재의 사양으로 알려진 확산 강조 자기 공명 시퀀스들을 가로지를 수 있도록 이들을 시간적으로 확장하는 것만 이전에 알려져 있다. 이는 에코 시간의 급격한 상승, 예를 들어 알려진 임상 자기 공명 시퀀스를 고려하면 67 ms에서 121 ms로의 상승을 수반한다. 이와 같은 에코 시간의 확장에 대한 주요 이유는 현저히 낮은 슬루 레이트로 인해 판독 트레인이 현저히 확장되어야 하기 때문이다.

따라서, 본 발명은 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 변형하여 더 짧은 에코 시간을 허용할 한가지 가능성, 및 나아가 향상된 영상 품질을 특정화하기 위한 목적을 바탕으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해, 전술한 형태의 방법을 고려해 볼 때, 본 발명에 따르면, 적어도 두 개의 경사 코일이 판독 경사 펄스의 가능한 슬루 레이트에 기여하도록 판독 경사가 경사 방향 중 적어도 하나에 대해 플립(fipped)되고, 판독 시간 동안 일정한 위상 코딩 경사가 선택되는 것이 제공된다.

따라서, 본 발명은 슬라이스 선택 방향, 위상 코딩 방향 및 판독 방향 - 결과적으로 대응하는 경사가 적용되는 방향 - 이 알려진 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 고려하면 경사 방향을 따라, 예를 들어 z 방향을 따라 슬라이스 선택 방향, y 방향을 따라 위상 코딩 방향 및 x 방향을 따라 판독 방향이 선택되는 일반적인 절차로부터 진행된다. 예를 들어, 이는 원하지 않는 와전류(eddy currents)가 하이 엔드 자기 공명 장치, 나아가 높은 슬루 레이트로 부하가 매우 클 수 있는 경사 시스템을 포함하는 것들에서 발생할 수 있다는 사실을 바탕으로 한다. 이제 본 발명에 따른 방법은 처음에 한편으로 본 발명에 의해 다루어진 로우 엔드 자기 공명 장치를 고려하면 이 와전류 문제가 덜 현저하지만; 그러나 다른 한편으로, 경사 코일 배열에 의해 정의된 경사 방향을 벗어나 판독 경사(및 나아가 적어도 하나의 추가 경사, 바람직하게는 위상 코딩 경사)의 플립핑으로 인해, 판독 경사는 대응하는 부분의 플립핑에서 경사 코일 배열의 적어도 두 개의 경사 방향으로 분리되어, 효과적으로 더 높은 슬루 레이트(및 또한 아마도 진폭)가 사용될 수 있도록 기존의 슬루 레이트 및 진폭이 적어도 두 개의 경사 방향에서 동시에 사용될 수 있도록 하는 구현을 바탕으로 한다. 두 번째 단계는, 즉 판독 시간(나아가 판독 트레인의 지속시간) 동안 시간적으로 일정한 위상 코딩 경사의 사용은 매우 급격한 에지를 갖는(및 나아가 높은 요구를 제기하는) "블립", 나아가 k 공간에서 라인들 사이의 "점핑(jumping)"을 위한 짧은 경사 펄스를 방지하게 한다. 그 결과, 판독 시간 동안 위상 코딩에 의해 어떤 슬루 레이트도 필요하지 않다. k 공간 궤적을 고려하면, 이는 "블립"을 통해 k 공간의 개별 라인들 사이에서 점프가 더 이상 발생하지 않고, 오히려 라인들은 궁극적으로 여러 각도로 하나 다음에 다른 하나로 이동한다는 것을 의미한다. 그러한 k 공간 궤적의 변형은 획득된 자기 공명 데이터의 품질에 거의 영향을 미치지 않고, 전술한 GRAPPA 알고리즘도 여전히 병렬 영상화에 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

이러한 방안으로, 본 발명이 주로 다루는 로우 엔드 자기 공명 장치를 고려하면 에코 시간은 현저히(예를 들어, 대략 15%) 줄어들 수 있다. 그러므로, 확산 강조 자기 공명 시퀀스는 더 빠른 에코 시간으로 실현될 수 있고 그 결과 임상적으로 더 중요한 고품질 영상 데이터를 제공할 수 있다. 따라서, 알려진 확산 강조 자기 공명 시퀀스의 실현이 경사 시스템의 사양으로 인해 부분적으로 너무 긴 에코 시간으로만 달성되는 로우 엔드 자기 공명 장치에 의해 이해되는 것은 예를 들어 최대 슬루 레이트 < 150 T/m/s(특히 < 50 T/m/s)를 갖는 경사 코일이 사용되는 그러한 자기 공명 장치이다. 이러한 자기 공명 장치는 그 결과 매우 짧은 에코 시간을 이용하는 확산 강조 자기 공명 시퀀스에 대해서도 사용될 수 있어, 좀 더 일반적으로는 자기 공명 시퀀스가 에코 시간 < 500 ms, 특히 < 250 ms, 바람직하게는 ≤ 100 ms를 가질 수 있는 것으로 언급될 수 있다.

이때, 또한 k 공간 궤적의 k 공간 라인들은 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 고려하면 종종 서로 매우 가까이 인접한다는(그 결과 "블립"이 k 공간의 위상 코딩 방향에서 작은 점프만 발생해야 한다는) 점이 주목된다. 따라서, 본 발명에 따라 "블립"을 대체하는 위상 코딩 경사는 또한 매우 작은 것으로도 선택되어, 일정한 위상 코딩 경사가 특히 < 0.01 mT/m, 바람직하게는 ≤ 0.005 mT/m이 되도록 한다.

본 발명의 범주 내에서, 모든 공간 경사(나아가 판독 경사, 위상 코딩 경사 및 슬라이스 선택 경사)가 서로 직각이어서, 그 결과 적어도 하나의 추가 경사(특히 위상 코딩 경사) 역시 경사를 벗어나 플립되도록 하는 것도 또한 제안된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 판독 경사가 위상 코딩 경사와 함께 두 개의 경사 방향에 의해 정의된 하나의 평면에서만 플립되는 것이 제공될 수 있다. 예를 들어, 종래 기술에서 공지된 자기 공명 시퀀스를 고려해 볼 때, 만일 판독 경사가 x 방향에 있고 위상 코딩 경사가 y 방향에 있다고 가정하면, 판독 경사는 물론 위상 코딩 경사와 함께 x/y 평면에서 플립될 것이다.

그러나, 판독 경사가 제3 경사 방향의 기여를 통해 유효 슬루 레이트의 추가 증가가 일어나도록 세 개의 경사 방향 모두에 대해 플립되는 것도 또한 상상할 수 있다. 이에 의해 슬라이스 두께가 종종 위상 코딩 방향 및 판독 방향에서 사용되는 평면 내(in-plane) 해상도보다 커서, 사용자가 원하는 목표 배향(orientation)에 표시될 최종 자기 공명 영상으로부터 역계산(back-calculation)을 고려하면 부정확성이 일어날 수 있다는 문제가 있다.

판독 경사는 경사 방향에 대해 적어도 25°, 바람직하게는 45°플립되는 것이 바람직하다. 적어도 25°플립된 경우 유효 슬루 레이트에서 표시된 이득이 이미 획득될 수 있지만, 45°플립된 경우 최적화가 달성되고, 그 후

의 인자만큼 더 큰 슬루 레이트가 현재의 슬루 레이트를 이용하여 두 개의 경사 코일의 평면에서 플립핑에 유효하게 사용될 수 있다. 만일 플립핑이 또한 특히 슬라이스 선택 방향에 대해 그 평면 밖에서 수행되는 경우, 플립 각도가 45°이면

의 인자만큼 슬루 레이트의 증가가 가능할 수 있다.

본 발명의 특히 유리한 개발은 표시될 자기 공명 영상의 배향이 경사 방향이나 사용자가 미리 선택한 방향에서 가상 판독 경사를 갖는 목표 배향에 해당하도록 그 자기 공명 영상을 자기 공명 데이터로부터 결정하는 것을 제공한다. 이미 언급한 바와 같이, 알려진 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 고려하면, 판독 경사는 정의된 경사 방향, 예를 들어 x 방향을 향하는 것이 전형적이다. 그것은 결국 정의된 원하는 목표 배향이 사용자의 입력으로부터 얻어질 수 있는 경우에도 적용되는 정의된 배향에서 사용자가 자기 공명 영상을 예상하는 것을 의미한다. 그러나, 바람직하게 본 발명에서 자동으로 행해지는 판독 경사 및 위상 코딩 경사의 선택은 처음에 자기 공명 데이터로부터 결정된 자기 공명 영상의 상이한 배향을 제공한다. 그 결과, 자기 공명 데이터의 획득 후, 이 목표 배향에 존재하고 나아가 사용자의 예상을 충족하는 표시될 자기 공명 영상을 결정하는 것이 제공될 수 있다. 예를 들어, 이를 위해, 그리딩(gridding) 알고리즘 및/또는 보간(interpolation) 알고리즘을 이용하여 자기 공명 데이터로부터 결정되고 목표 배향에 대해 플립되는 자기 공명 영상으로부터 표시될 자기 공명 영상을 결정하는 것이 제공될 수 있다. (키워드 "리그리딩(regridding)"으로도 찾을 수 있는 대응 방법은 기본적으로 종래 기술에서 공지되어 있고, 상이한 픽셀 배열에 대한, 그 결과 - 구체적으로 여기에 제공된 경우에서처럼 - 행과 열의 상이한 이동 방향에 대한 영상의 재계산과 관련된다. 따라서, 이들 공지의 알고리즘은 또한 목표 배향에서 표시될 자기 공명 영상을 결정하는데에도 사용될 수 있다.

자기 공명 데이터로부터 얻어지고 목표 배향에 대해 플립되는 자기 공명 영상으로부터 표시될 자기 공명 영상을 결정하는 것과 관련하여, 원하는 목표 영역이 표시될 자기 공명 영상에서 완전히 커버되도록 오버샘플링(oversampling)을 이용하여 자기 공명 데이터가 획득되는 경우에 추가로 유리하다. (어쩌면 추가의) 오버샘플링을 통해, 획득된 영상 영역은 표시될 자기 공명 영상에서 커버되어야 하는 목표 영역을 이상적으로 완전히 포함하도록 증가된다.

이미 언급한 바와 같이, 판독 경사 방향의 선택 및 표시될 자기 공명 영상의 결정이 사용자 상호작용 없이 제어 장치 측에서 자동으로 행해지는 경우에 특히 유리하다. 이는 사용자 자신이 이와 관련하여 어떤 조정도 할 필요가 없고 정확한 목표 배향에서 표시될 원하는 자기 공명 영상을 수신하기 때문에 사용자가 명백히 이를 인식할 필요 없이, 로우 엔드 자기 공명 장치에서도 짧은 에코 시간(및 나아가 확산 강조 자기 공명 시퀀스)의 실현을 가능하게 하는, 배경에서 실행하는 자동 처리를 다룬다는 것을 의미한다. 예를 들어, 경사 코일 배열의 알려진 사양으로 달성하기 어렵거나 달성될 수 없는 특정 에코 시간이 달성되어야 할 때마다, 판독 경사의 플립핑 및 목표 배향에 표시될 자기 공명 영상의 "터닝 백(turning back)"이 배경에서 자동으로 행해질 수 있다.

이를 위해, 경사 코일의 최대 허용 동작 파라미터(특히 최대 슬루 레이트)에 의존하는 임계치 미만에 속하는 에코 시간이 사용자에 의해 입력되는 경우에만 경사 방향에 반대 방향으로 플립되는 판독 경사를 자동으로 선택하는 것이 구체적으로 제공될 수 있다. 따라서, 불행하게도, 임계치는 원하는 에코 시간이 어쨌든 현재의 자기 공명 장치(특히 경사 코일 배열)로 실현될 수 있는지 확인하도록 경사 코일 배열의 사양에 대한 지식으로 선택되며; 그러나, 대안으로, 이론적으로 여전히 가능한 경사 코일 배열의 부하가 큰 경우에도 판독 방향이 본 발명에 따른 경사 방향을 벗어나 플립되므로 그 부하가 감소되도록 이론적으로 경사 코일 배열로 가능한 것과 임계치 사이에서 소정의 허용 오차를 남기는 것도 상상할 수 있다. 그 결과, 판독 경사의 플립핑 및 표시될 자기 공명 영상의 자동적인 결정은 이것 역시 실제로 필요한 경우에만 자동적인 확인을 이용하여 구현된다. 따라서, 경사 코일 배열에 의해 쉽게 실현되는 에코 시간을 이용한 다른 측정은 변화되지 않고, 나아가 영향받지 않는다.

일반적으로, 자기 공명 시퀀스의 범위 내에서 내비게이터 데이터를 획득하기 위해 자기 공명 데이터에 대한 것과 동일한 판독 방향을 이용하는 것이 제공될 수 있다. 이는 자기 공명 시퀀스가 내비게이터에 대한 내비게이터 데이터가 획득되는, 예를 들어, 내비게이터 데이터가 이동 평가에 대해 관련되는 제2 부분 시퀀스를 포함하는 경우, 판독 방향의 플립핑(및 나아가 에코 시간의 감소)은 또한 이와 같은 내비게이터 측정으로 유리하게 전달될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 종래 기술과 관련하여 이미 다루어진, 특히 리졸브 시퀀스일 수 있는 EPI 시퀀스에 특히 적합하다는 점이 주목된다. 일반적으로, 에코 시간의 이득은 높은 슬루 레이트가 필요할 때마다, 특히 나아가 "블립" 및/또는 정현파적으로 이동하는 경사 펄스가 판독 트레인에 포함되는 경우에 달성된다.

전술한 방법 이외에, 본 발명은 또한 서로 직각인 경사 방향들로 경사를 생성하도록 설계된 세 개의 경사 코일을 포함하는 경사 코일 배열, 및 본 발명에 따른 방법을 구현하도록 설계된 제어 장치를 갖는 자기 공명 장치와 관련된다. 본 발명에 따른 방법과 관련한 모든 설명은 이를 위해 언급한 이점이 달성될 수 있도록 본 발명에 따른 자기 공명 장치로 유사하게 전달될 수 있다. 따라서, 특히, 제어 장치는 자기 공명 장치의 추가 컴포넌트를 제어하여 자기 공명 데이터를 획득, 및 아마도 표시될 자기 공명 영상을 결정하도록 설계된다.

마지막으로, 본 발명은 또한 컴퓨터에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 단계들을 실행하는 컴퓨터 프로그램과 관련된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법과 관련한 설명은 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램과 관련해서도 또한 적용된다.

본 발명의 추가 이점 및 상세 내용은 이하에서 설명되는 예시적인 실시예로부터 뿐만 아니라, 도면을 이용하여 얻어진다.
도 1은 종래 기술에 따른 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법에 사용하기 위한 확산 강조 자기 공명 시퀀스를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 작업 흐름 플랜을 도시한다.
도 4는 표시될 자기 공명 영상을 결정하는 도면을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 공명 장치를 도시한다.

도 1은 확산 강조 영상화를 위한 자기 공명 데이터의 획득을 위한 종래 기술에서 알려진 리졸브 자기 공명 시퀀스의 원리적인 작업 흐름을 도시한다. 도시된 자기 공명 시퀀스는 획득 영역의 이동에 의해 생성된 위상 오차를 검출 및 보정하거나, k 공간에서 영향받은 판독 세그먼트의 재획득을 트리거 하기 위해 두 개의 부분 시퀀스, 즉 자기 공명 데이터가 획득되어야 하는 제1 부분 시퀀스(1) 및 내비게이터 데이터가 획득되어야 하는 제2 부분 시퀀스(2)로 세분화될 수 있다.

도 1의 도면에 도시된 펄스 및 시간 윈도우는 처음에 위에서부터 아래로 무선 주파수 펄스(RF - Radio Frequency); 경사 코일에 의해 커버되는 경사 방향 x에서 동작하는 경사 펄스 G_x(여기서 판독 경사); 추가 경사 코일에 의해 커버되는 경사 방향 y에서 동작하는 경사 펄스 G_y; 및 경사 코일 배열의 제3 경사 코일에 의해 커버되는 경사 방향 z에서 동작하는 경사 펄스 G_z와 관련된다. 도 1의 자기 공명 시퀀스에서, x 방향은 판독 경사 방향에 해당하고; y 방향은 위상 코딩 경사 방향에 해당하고; 그리고 z 방향은 슬라이스 선택 경사 방향에 해당한다. 따라서, S는 데이터의 판독을 위한 판독 시간 윈도우(샘플링)를 나타낸다.

제1 부분 시퀀스(1)에서, 도시된 자기 공명 시퀀스는 먼저 플립(flip) 각도가 90°인 무선 주파수 여기 펄스(3)와, 뒤이어 플립 각도가 180°인 재초점(refocusing) 펄스(4)를 이용한다. 경사 펄스(5)는 그와 같이 기본적으로 알려진 확산 경사 및 슬라이스 선택과 관련된다.

자기 공명 데이터는 제1 부분 시퀀스(1)의 판독 시간(6)에서 획득된다. 여기 펄스(3)부터 판독 시간(6)의 중간 - 나아가 k 공간 중심이 측정되는 시점 - 까지의 간격은 에코 시간 TE에 대응한다. 위상 코딩 방향(여기서 y 방향)에서 상이한 k 공간 라인들 사이를 변경하기 위해 판독 시간(6) 동안 매우 짧은 연속적인 경사 펄스(7)("블립")를 갖는 경사가 적용되고; 판독 방향(여기서 x 방향)에서 k 공간에서 대응하는 라인들을 가로지르기 위해 정현파 경사 펄스(8)가 사용된다.

제2 부분 시퀀스(2)의 처음에는, 추가 재초점 펄스(9)가 제공되고, 뒤이어 내비게이터 데이터의 판독 시간(10)이 오고; 대응하는 경사 펄스(11) 동안에는, 여기서는 k 공간의 더 작은 부분만 커버하는 위상 코딩 경사 또는 판독 경사의 대응하는 경사 펄스(12)가 각각 적용된다.

만일 이러한 예에서, 이제 경사 코일 배열이 25 T/m/s의 슬루 레이트 및 20 mT/m의 최대 경사(나아가 최대 진폭)만 허용하는 로우 엔드 범위의 자기 공명 장치를 가정하면, 180 T/m/s의 슬루 레이트 및 40 mT/m 이상의 최대 경사 진폭이 가능한 현대의 하이 엔드 장치와 비교하여 (여기서 일례로 도시된) 확산 강조 리졸브 자기 공명 시퀀스가 확장되어야 하기 때문에 121 ms라는 매우 긴 에코 시간이 얻어진다. 비교를 위해, 대응하는 하이 엔드 자기 공명 장치를 고려하면 67 ms라는 에코 시간만 얻을 것이다. 비록 확장된 확산 코딩이 또한 이와 같은 판독 시간의 확장에 영향을 미치기도 하지만, 판독 처리는 주로 로우 엔드 자기 공명 장치의 경사 코일 배열의 사양에 부합하고, 25 T/m/s의 슬루 레이트를 초과하지 않도록 확장되어야 한다.

이제 본 발명은 전술한 바와 같은 로우 엔드 자기 공명 장치를 고려한 경우에도 더 짧은 에코 시간을 달성하기 위해 그러한 확장 강조 자기 공명 시퀀스의 변형예를 제안한다. 이를 위해 두 가지 방안이 제안된다. 한편으로, "블립"은 위상 코딩을 위해 더 이상 사용되지 않고; 오히려 판독 시간(6) 동안 일정한 위상 코딩 경사가 사용된다. 그러나, 다른 한편으로, 획득된 슬라이스는 슬라이스 평면에서 45°플립되며, 이는 판독 방향(및 나아가 판독 경사) 및 위상 코딩 방향(및 나아가 위상 코딩 경사)이 경사 방향 x 및 y를 벗어나 45°플립된다는 것을 의미한다. 따라서 위상 코딩 경사 및 판독 경사는 x 방향 및 y 방향에 동등하게 배분된다. 경사 코일 배열의 경사 코일에 의해 정의된 모든 물리적 경사 방향에 대한 최대 슬루 레이트가 서로 독립적으로 가능하기 때문에, 판독 경사에 대한 유효 슬루 레이트는(이는 위상 코딩 경사에 대해서는 더 이상 필요하지 않다)

의 인자에 의해 증가될 수 있다. 따라서, 에코 시간은 인용예에서 121 ms에서 107 ms로 감소한다.

도 2는 이러한 방식으로 변형된 자기 공명 시퀀스의 시퀀스도를 도시한 것으로, 간략함을 기하기 위해 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호가 제공된다. 이제 정현파 경사 펄스(7', 8', 11', 12')는 명백히 판독 시간(6) 및 판독 시간(10)에서 x 방향 및 y 방향 둘 다를 따라 존재하고, 정현파 경사 펄스(7', 8', 11', 12')는 일정한 위상 코딩 경사가 얻어지도록 0으로 시프트된다. 이를 위해 예를 들어 0.005 mT/m 범위 내에서 매우 작은 값이 제공되기 때문에, 이러한 시프트는 도 2에 더 이상 보이지 않는다. 로우 엔드 자기 공명 장치의(구체적으로 경사 코일 배열의) 사양은 도 2의 자기 공명 시퀀스에 부합한다.

물론 다른 경사 펄스도 이들이 새로운 판독 방향 또는 위상 코딩 방향에 각각 대응하도록 슬라이스 평면에서 개조되었다.

도 3은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예의 작업 흐름 플랜을 도시한다.

먼저 단계(13)에서 사용자에 의해 전형적인 사전 설정(presets)이 이루어지고, 그 중 사전 설정은 또한 원하는 에코 시간이기도 하다. 다음에, 단계(14)에서 먼저 에코 시간이 경사 코일 배열의 사양에 의해 정의된 임계치 미만에 속하는지와 궁극적으로 판독 경사 방향 및 위상 코딩 경사 방향이 경사 방향, 특히 나아가 x 방향 또는 y 방향 각각에 해당하는 경우 이러한 사양, 특히 최대 슬루 레이트에 부합하면서 그러한 에코 시간이 실현될 수 있는지 확인한다. 그렇지 않은 경우(단계(16)을 가리키는 화살표 15)에만, 판독 경사 방향 및 위상 코딩 경사 방향은 이미 설명된 바와 같이 이들이 정의하는 슬라이스 평면에서 45°플립된다. 또한, 변형된 자기 공명 시퀀스는 그 다음에 단계(16)에서 도 2에 따라 선택된다.

만일 이와 반대로 에코 시간이 또한 경사 코일 배열의 사양 내에서도 달성될 수 있는 경우(화살표 17), 단계(18)에서 종래 기술의(나아가 예를 들어, 도 1에 따른) 전형적인 자기 공명 시퀀스가 선택되고, x 방향이 판독 방향으로 선택되고 y 방향이 위상 코딩 방향으로 선택된다.

단계(19)에서, 그 다음에 선택된 각 자기 공명 시퀀스 및 방향을 이용하여 자기 공명 데이터 및 제2 부분 시퀀스의 내비게이터 데이터의 획득이 행해진다. 플립핑(단계 16) 덕분에, 사양에 따라 실제로 가능한 것보다 더 짧은 에코 시간이 달성될 수 있다.

게다가, 도 2의 변형된 자기 공명 시퀀스는 도 1의 자기 공명 시퀀스와 비교하여 오버샘플링이 일어나는 것을 의미하는 더 큰 영상화 영역이 획득되도록 설계되며, 이제 이에 대해 설명될 것이다.

즉, 만일 단계(20)에서 판독 경사 및 위상 코딩 경사의 변형된 방향으로 인해 획득된 자기 공명 데이터로부터 자기 공명 영상이 재구성되면, 도 2의 변형된 자기 공명 시퀀스를 이용하여 획득된 자기 공명 영상은 도 1의 통상의 자기 공명 시퀀스로 획득된 자기 공명 영상에 대해 불가피하게 플립되며, 이에 대해서는 도 4를 통해 구체적으로 설명된다.

목표 객체(21)(여기서 두개골(skull))의 예로, 도 4는 도 1의 자기 공명 시퀀스로 획득된 자기 공명 데이터로부터 재구성된 자기 공명 영상(22)의 배향 및 커버리지를 도시한 것으로, 자기 공명 영상(22)에서 판독 방향은 x 방향에 있고 위상 코딩 방향은 y 방향에 있다. 자기 공명 영상(22)은 명백히 목표 객체(21)를 포함하는 전체 목표 영역을 망라하고 사용자가 예상하는 정의된 배향을 갖는다.

오버샘플링으로 인해, 도 2의 자기 공명 시퀀스로 획득된 자기 공명 데이터로부터 자기 공명 영상이 재구성되면 자기 공명 영상(22)에 비해 더 큰 영역을 커버하고 플립된 자기 공명 영상(23)이 얻어지며, 자기 공명 영상(23)은 오버샘플링으로 인해 상이한 배향을 갖지만 그럼에도 불구하고 (자기 공명 영상(22)에 표시된) 전체 목표 영역을 포함한다. 판독 방향과 마찬가지로, 자기 공명 영상(23)은 또한 자기 공명 영상(22)에 대해 45°플립된다. 만일 플립된 자기 공명 영상(23)이 이제 표시되었다면, 사용자에게 원하지 않고 예상치 않은 상황이 일어날 것이므로, 본 발명에 따른 방법(도 3 참조)에 따라, 단계(24)에서 플립된 판독 방향을 갖는 자기 공명 시퀀스가 사용되었는지 확인하고, 필요하다면 단계(25)에서 목표 영역을 보이는 자기 공명 영상(22)의 원하는 목표 배향에서 표시될 자기 공명 영상이 플립된 자기 공명 영상(23)으로부터 결정될 수 있다. 따라서 이는 자기 공명 영상(22)의 한계에 의해 정의되고 자기 공명 영상(22)처럼 배향되어 표시될 자기 공명 영상이 플립된 자기 공명 영상(23)으로부터 결정된다는 것을 의미하고, 여기서 공지의 그리딩 및/또는 보간 알고리즘이 사용될 수 있다. 만일 도 1에 따른 통상의 자기 공명 시퀀스가 사용되었다면, 단계(20)에서 결정된 자기 공명 영상(22)은 디스플레이 및 추가 사용을 위해 사용될 수 있다(화살표 27 참조). 다음에, 단계(26)에서 자기 공명 영상의 디스플레이가 행해질 수 있다. 표시될 자기 공명 영상의 결정 역시 단계(25)에서 완전히 자동으로 행해지기 때문에, 이들이 실행될 때 대응 처리는 사용자에게 숨겨지고, 이는 이를 위해 획득 처리를 복잡하게 할 수 있는 사용자 상호작용이 필요하지 않다는 것을 의미한다.

다음에 두 시퀀스의 사용을 위해 실현될 수 있는 다른 원하는 목표 배향이 원리적으로 사용자에 의해 미리 결정되는 경우도 상상할 수 있음이 주목된다.

마지막으로 도 5는 원리적으로 공지된 바와 같이 환자 침대(구체적으로 도시되지 않음)가 도입될 수 있는 환자 리셉터클(30)을 정의하는 기본 마그넷 유닛(29)을 갖는, 본 발명에 따른 자기 공명 장치(28)의 원리도를 도시한다. 원리적으로 공지된 바와 같이, 환자 리셉터클(30)은 무선 주파수 코일 배열(31) 및 현재 여기서 구체적으로 도시되지 않은 세 개의 경사 코일을 갖는 경사 코일 배열(32)로 둘러싸인다. 각 경사 코일은 서로 직각인 세 개의 경사 방향 중 하나에서 경사 자기장(magentic field gradient)을 생성하도록 설계된다. 자기 공명 장치(28)의 동작은 본 발명에 따른 방법, 특히 나아가 도 3에 따른 방법을 구현하도록 설계된 제어 장치(33)에 의해 제어된다.

이를 위해, 제어 장치(33)는 적절한 컴포넌트가 제어되므로 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 시퀀스와 같은 자기 공명 시퀀스가 실현될 수 있는 시퀀스 제어 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 제어 장치(33)의 추가적으로 상상할 수 있는 기능 유닛은 플립된 영상으로부터 표시될 자기 공명 영상의 결정 또한 행해질 수 있는 획득된 자기 공명 데이터로부터 자기 공명 영상을 결정하는 재구성 유닛; 및 사용될 해당 자기 공명 시퀀스를 선택하는 확인 유닛이다.

본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 제어 장치(33)에서 실행할 수 있다.

비록 본 발명이 바람직한 예시적인 실시예를 통해 구체적으로 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 한정되지 않고, 이로부터 본 발명의 보호 범위를 벗어남이 없이 당업자에 의해 다른 변형이 얻어질 수 있다.

Claims (20)

1. 서로 직각인 경사(gradient) 방향들로 경사를 생성하도록 설계된 세 개의 경사 코일을 포함하는 경사 코일 배열(32)을 갖는 자기 공명 장치(28)를 이용하는, 확산 강조(diffusion-weighted) 자기 공명 시퀀스를 이용한 자기 공명 데이터 획득 방법으로서,
   적어도 두 개의 경사 코일이 판독 경사 펄스(readout gradient pulse)의 가능한 슬루 레이트(slew rate)에 기여하도록 판독 경사가 상기 경사 방향들 중 적어도 하나에 대해 플립(flipped)되고, 판독 시간(6, 10) 동안 일정한 위상 코딩 경사가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 판독 경사가 두 개의 경사 방향에 의해 정의된 평면에서만 상기 위상 코딩 경사와 함께 플립되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 판독 경사가 세 개의 경사 방향 모두에 대해 플립되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 경사가 경사 방향에 대해 적어도 25°플립되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 공명 시퀀스가 상기 일정한 위상 코딩 경사에 의해 변형된 EPI 시퀀스인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표시될 자기 공명 영상은 그의 배향(orientation)이 경사 방향에서 또는 사용자가 미리 선택한 방향에 대해 가상(imaginary) 판독 경사를 갖는 목표(target) 배향에 해당하도록 상기 자기 공명 데이터로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 그리딩(gridding) 알고리즘 및/또는 보간(interpolation) 알고리즘을 이용하여 상기 표시될 자기 공명 영상을 상기 자기 공명 데이터로부터 결정된 플립된 자기 공명 영상(23)으로부터 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 자기 공명 데이터는 원하는 목표 영역이 표시될 자기 공명 영상에서 완전히 커버되도록 오버샘플링(oversampling)을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 판독 경사의 방향의 선택 및 상기 표시될 자기 공명 영상의 결정은 사용자 상호작용 없이 제어 장치(33) 측에서 자동으로 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 사용자에 의해 입력된 에코 시간(echo time)이 상기 경사 코일들의 최대 허용 동작 파라미터에 의존하는 임계치 미만에 속하는 경우에만 경사 방향에 반대 방향으로 플립된 판독 경사가 자동으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 공명 시퀀스의 범위 내에서 내비게이터(navigator) 데이터가 획득되도록, 상기 자기 공명 데이터에 대한 것과 동일한 판독 방향이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 공명 시퀀스가 500 ms 미만의 에코 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 슬루 레이트가 150 T/m/s 미만인 경사 코일들이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 서로 직각인 경사 방향들로 경사를 생성하도록 설계된 세 개의 경사 코일을 포함하는 경사 코일 배열(32), 및 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 설계된 제어 장치(33)를 갖는 자기 공명 장치(28).
15. 컴퓨터에서 실행될 때 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 실행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 경사가 경사 방향에 대해 적어도 45°플립되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 공명 시퀀스가 상기 일정한 위상 코딩 경사에 의해 변형된 리졸브(RESOLVE) 시퀀스인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제9항에 있어서, 사용자에 의해 입력된 에코 시간(echo time)이 최대 허용 동작 최대 슬루 레이트에 의존하는 임계치 미만에 속하는 경우에만 경사 방향에 반대 방향으로 플립된 판독 경사가 자동으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 공명 시퀀스가 250 ms 미만의 에코 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 슬루 레이트가 50 T/m/s 미만인 경사 코일들이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.

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