KR101695266B1

KR101695266B1 - 동시 mr 이미징 방법 및 동시 다중 핵 mr 이미징 장치

Info

Publication number: KR101695266B1
Application number: KR1020150078616A
Authority: KR
Inventors: 허베르투스 피셔; 로베르트 그레이그; 잔 러프
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2017-01-11
Also published as: US20150355302A1; KR20150139796A; DE102014210599A1; CN105301537A

Abstract

상이한 원자 타입들을 동시에 여기 및 판독하는 동시 MR 이미지 방법(300)이 설명된다. 먼저, 상이한 원자 타입들에 할당되고 상이한 주파수 범위들을 갖는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 여기 펄스(α₁)가 전송된다. 동시에 또는 동기화 방식으로, 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴(GS)이 전송되어, 수신 신호들의 명확한 공간 할당의 수행을 가능하게 한다. 후속 판독 프로세스에서, 상이한 원자 타입들의 상이한 개별 에코들(EZS)을 포함하는 에코 신호(ES)가 수신된다. 수신된 에코 신호(ES)는 개별 신호들(EZS)로 분리된다. 마지막으로, 분리된 개별 신호들(EZS)로부터 획득된 원시 데이터(SRD)로부터 이미지 데이터(BD)가 재구성된다. 전술한 방법(300)을 수행할 수 있는 장치(30)도 설명된다.

Description

동시 MR 이미징 방법 및 동시 다중 핵 MR 이미징 장치{SIMULTANEOUS MR IMAGING METHOD AND APPARATUS FOR SIMULTANEOUS MULTI-NUCLEAR MR IMAGING}

본 발명은 동시 MR 이미징 방법 및 동시 이미징 장치에 관한 것이다. 본 발명은 자기 공명 시스템과도 관련된다.

자기 공명 단층 촬영 시스템으로도 알려진 자기 공명 시스템에서, 스캐닝되는 보디는 주요 장 자석 시스템을 이용하여 예를 들어 1, 3, 5 또는 7 테슬라의 비교적 높은 주요 자기장에 노출된다. 게다가, 자기장 기울기를 인가하기 위해 기울기 시스템이 사용된다. 이어서, 무선 주파수 장에 의해 공명 여기되는 특정 원자들의 핵 스핀들이 정의된 숙임각만큼 주요 자기장의 힘의 자기 라인들에 대해 기울어지게 하도록 설계되는 적절한 안테나 장치들을 이용하여 무선 주파수 송신 시스템을 통해 무선 주파수 여기 신호들(RF 신호들)이 방출된다. 핵 스핀들이 이완됨에 따라, 무선 주파수 신호들, 소위 자기 공명 신호들이 방출되며, 이들은 적절한 수신 안테나들을 이용하여 수신된 후에 더 처리된다. 이어서, 이렇게 획득된 원시 데이터(raw data)로부터 원하는 이미지 데이터가 재구성될 수 있다. 이미지 데이터는 자기 분극 가능 핵 스핀들을 갖는 원자 핵들의 밀도 또는 이완의 단면 이미지들을 나타낸다.

따라서, 특정 스캔을 위해, 일련의 무선 주파수 펄스들, 특히 여기 펄스들 및 리포커싱 펄스들은 물론, 이에 적합하게 통합되어 상이한 공간 방향들로 방출되는 기울기 펄스들로 구성되는 특정 펄스 시퀀스가 방출되어야 한다. 시간적으로 이에 적합하게, 유도 자기 공명 신호들이 획득되는 시간 범위들을 사전 정의하는 판독 윈도들이 설정되어야 한다. 여기서 이미징을 위해 중요한 것은 시퀀스 내의 타이밍, 즉 어떤 시간 간격들로 어떤 펄스들이 서로를 따르는가이다. 일반적으로, 미리 생성되고, 특정 스캔을 위해 예를 들어 메모리로부터 호출될 수 있으며, 경우에 따라서는 예를 들어 스캐닝될 슬라이스들의 스택의 특정 슬라이스간 간격, 슬라이스 두께 등과 같은 추가적인 제어 파라미터들을 사전 정의할 수 있는 운영자에 의해 현장에서 변경될 수 있는 소위 스캔 프로토콜에서 많은 수의 제어 파라미터가 정의된다. 이어서, 스캐닝 시퀀스라고도 하는 펄스 시퀀스가 모든 이러한 제어 파라미터들에 기초하여 계산된다. 통상적으로 한 가지 타입의 원자, 즉 수소만이 여기된다. 따라서, 사용되는 펄스 시퀀스 또는 스캔 프로토콜은 통상적으로 수소에 대해 최적화된다.

환자의 생리 및 신진대사 상태에 대한 추가 정보를 획득하기 위해, 수소 원자들에 기초하는 이미징에 더하여 다른 타입의 원자 또는 다른 타입의 특정 동위 원소도 여기시키는 것이 권장될 수 있다.

예를 들어, 나트륨 이온들(Na²³)을 여기시킴으로써 추가적인 이미징이 수행될 수 있다. 나트륨 이온들은 세포 항상성 및 세포 생존을 위해 중요하다. 건강한 조직은 세포 내 농도를 약 10배 초과하는 145 mM의 세포 밖 나트륨 농도를 갖는다. Na²³ 이온들의 MR 스캔은 이러한 격실들의 부피 및 이완 가중 신호들의 측정을 가능하게 한다. 이와 관련하여, Na²³ 이온들을 이용하는 자기 공명 단층 촬영법은 Na²³ 이온 기울기의 변화를 생성하는 병리 프로세스들을 검출하기 위한 진단 보조물이다. Na²³ 및 H¹ 이미지들은 통상적으로 개별 과정들에서 그리고 개별 원자 타입들에 맞춰진 상이한 펄스 시퀀스들을 이용하여 촬영된다. 이것은 Na²³ MRT 이미징에 의해 부과되는 요구들이 수소 기반 MRT 이미징의 요구들과 크게 다르기 때문이다. Na²³ MRT 이미징의 과제들은 한편으로는 더 나쁜 신호 대 잡음비(SNR)로부터 발생한다. 따라서, 충분한 이미지 품질을 달성하기 위해서는 획득을 위해 더 긴 스캔 시간들이 필요하다. 또한, Na²³ MRT 이미징의 경우, 수신 신호들의 신호 강도가 훨씬 더 낮다. Na²³의 총 농도는 겨우 뇌조직에서 약 50 mM이고, 근육에서 약 30 mM이다. Na²³의 MR 감도는 수소의 감도보다 10배 더 낮다. 이로 인해 Na²³ MR 이미징의 생체 내 신호의 신호 강도는 H¹ MR 이미징에서의 신호보다 약 20000배 낮다. 이러한 감도 차이는 더 짧은 반복 시간들(TR)에 의해 부분적으로 보상될 수 있는데, 이는 세로 이완 시간들(T₁)이 H¹ 이미징에 비해 훨씬 짧기 때문이다. 그러나, 전체 감도는 2000배 이상 더 낮다.

게다가, Na²³은 H¹보다 낮은 값의 결합 상수(γ)를 갖는다. 이 때문에, Na²³ 이미징의 경우, 수소 원자들을 이용하는 이미징에 대한 것보다 더 높은 장 강도를 갖는 기울기 장이 기울기 펄스들에 의한 인코딩을 위해 인가되어야 한다. 마지막으로, Na²³ 원자들은 H¹ 원자들보다 더 짧은 생체 내 가로 에코 시간들을 가지며, 이는 더 짧은 에코 시간들, 따라서 더 빠른 시퀀스들을 필요로 한다.

그러나, 상이한 타입의 원자를 이용하는 직렬 MR 이미징은 더 많은 시간을 소비한다. 게다가, 직렬 스캐닝의 경우에는 환자의 위치가 스캔들 사이에서 변경되었을 수 있는 문제가 발생한다. 더욱이, 직렬 획득 동안, 호흡, 심박 및 유사한 변화들로 인한 효과들은 상이한 획득 시간들로 인해 연속 획득 이미지들에 대해 상이한 효과들을 가질 수 있다. 이것은 상이한 타입의 원자를 이용하여 수행되는 직렬 스캔들의 비교를 더 어렵게 한다.

따라서, 본 발명의 과제는 상이한 타입들의 원자들의 공명 신호들을 이용하는 더 빠르고 에러가 적고 더 편리한 MR 이미징 방법을 개발하는 것으로 볼 수 있다.

이러한 과제는 청구항 1에서 청구되는 바와 같은 방법에 의해, 청구항 13에서 청구되는 바와 같은 장치에 의해 그리고 청구항 14에서 청구되는 바와 같은 자기 공명 시스템에 의해 해결된다.

본 발명의 기본 아이디어는 본 발명의 MR 이미징 방법에서 상이한 원자 타입들이 동시에 여기되고 판독된다는 점에서 파악될 수 있다. 먼저, 상이한 원자 타입들에 할당되고 상이한 주파수 범위들을 갖는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 여기 펄스가 전송된다. 동시에 또는 동기화 방식으로, 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴이 전송되어, 수신 신호들의 명확한 공간 할당의 수행을 가능하게 한다. 후속 판독 프로세스에서, 상이한 원자 타입들의 상이한 개별 에코들을 포함하는 에코 신호가 수신된다. 수신된 에코 신호는 개별 신호들로 분리된다. 개별 신호들은 상이한 주파수들을 포함하므로, 개별 신호들은 매우 쉽게 필터링된다. 마지막으로, 분리된 개별 신호들로부터 획득된 원시 데이터로부터 이미지 데이터가 재구성된다.

본 발명에 따른 장치는 상이한 원자 타입에 할당되는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 여기 펄스를 송신하고, 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴을 송신하도록 설계되는 다중 공명 송신 안테나를 포함하는 송신 유닛을 구비한다. 다중 공명 송신 안테나는 예를 들어 상이한 주파수들에 튜닝되는 복수의 송신 안테나를 포함할 수 있다. 대안으로서, 송신 안테나는 단일 안테나로서 복수의 주파수에 공명할 수도 있다. 본 발명에 따른 장치는 상이한 원자 타입들의 상이한 개별 에코들을 포함하는 에코 신호를 수신하도록 설계되는 다중 공명 수신 안테나를 포함하는 수신 유닛도 구비한다. 본 발명에 따른 장치는 에코 신호를 개별 신호들로 분리하도록 설계되는 분리 유닛, 및 분리된 개별 신호들에 할당된 원시 데이터에 기초하여 이미지 데이터를 재구성하도록 설계되는 재구성 유닛도 구비한다.

본 발명에 따른 자기 공명 시스템은 본 발명에 따른 장치를 포함한다. 본 발명에 따른 장치의 개별 유닛들은 스캔 제어 유닛, 수신 유닛 또는 평가 유닛과 같은 상이한 유닛들의 부분들일 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 전술한 컴포넌트들의 대부분, 특히 분리 유닛 및 재구성 유닛은 전부 또는 부분적으로 소프트웨어 모듈들의 형태로 구현될 수 있다. 이것은 소프트웨어 설치에 의해 기존 하드웨어 장치들이 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 업그레이드될 수도 있다는 점에서 유리하다. 따라서, 본 발명은 자기 공명 시스템의 프로그래밍 가능 제어 장치의 프로세서 내에 직접 로딩될 수 있는 컴퓨터 프로그램도 포함하며, 컴퓨터 프로그램은 프로그래밍 가능 제어 장치에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 모든 단계들을 실행하는 프로그램 코드 수단을 구비한다. 상기 제어 장치는 예를 들어 스캔 제어 유닛, 재구성 유닛, 평가 유닛 등과 같은 분산된 유닛들도 포함할 수 있거나, 청구되는 바와 같은 장치의 일부이고, 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있도록 청구되는 바와 같은 장치에 포함된 유닛들을 제어할 수도 있다.

본 발명의 다른 특히 유리한 실시예들 및 추가 개선예들은 종속 청구항들 및 아래의 설명으로부터 분명해질 것이며, 하나의 청구항 카테고리의 독립 청구항들은 다른 청구항 카테고리의 종속 청구항들과 유사하게 더 개선될 수도 있다.

본 방법의 바람직한 실시예에서는, 상이한 원자 타입들에 할당되는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 반전 펄스가 송신된다. RF 반전 펄스의 송신은 RF 여기 펄스에 의해 여기되는 스핀들을 리포커싱하는 데 사용된다. 예를 들어, 스핀들의 위상은 180도 회전되는데, 즉 반전된다. 이러한 접근법은 스핀 에코 시퀀스들을 송신하는 데 사용된다. 대안으로서, GRE, Flash, Fisp, TrueFisp 등과 같은 기울기 에코 시퀀스들의 경우에는, 반전된 기울기 펄스도 송신될 수 있으며, 이는 또한 여기되는 원자들의 스핀들을 리포커싱하는 데 사용된다. 예를 들어 TSE, HASTE, TGSE 등과 같은 스핀 에코 시퀀스들 및 기울기 에코 시퀀스들의 결합도 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 변형에서는, 정확히 두 가지 원자 타입의 에코 신호들이 동시에 스캐닝된다. 이러한 방법은 수소 및 나트륨 원자들을 동시에 여기시키는 데 특히 유리하게 사용될 수 있다. 이것은 Na²³ 이온 기울기 변화를 유발하는 병리 프로세스들의 고해상도 이미징 및 식별 양자가 수행되어야 하는 경우에 유리하다.

대안으로서, 동시 이미징 방법 동안 여기되는 원자들은 원자 타입 H¹, Na²³에 더하여 또는 대안으로서 F¹⁹, O¹⁷, P³¹, C¹⁴, Li⁷, Cl³⁵, Cl³⁷ 또는 He와 같은 원자 타입들도 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 공동 기울기 스킴은 수소 원자들의 공명과 관련하여 최적화될 수 있다. 더 높은 값의 결합 상수(γ)로 인하여, 수소 원자들에 할당되는 에코 신호들이 훨씬 더 양호한 이미지 해상도를 생성하므로, H¹ 원자들을 이용하여 생성되는 이미지는 가장 많은 상세를 재생하고, 따라서 정밀도 또는 최소 간섭 효과들을 위해서도 최적화된다.

그러나, 역 프로세스도 유용할 수 있다. H¹은 항상 가장 많은 신호를 가지므로, 차선이지만 적절한 시퀀스가 이러한 핵을 위해 설계될 수 있으며, 상기 시퀀스는 (더 낮은 SNR을 갖는) 더 낮은 공명의 핵들로부터 최대한의 신호를 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 RF 여기 펄스들 및 아마도 RF 반전 펄스들을 슬라이스 선택적으로 방출하는 슬라이스 선택적 펄스 시퀀스들에 대해 사용될 수 있다. 상이한 원자 타입들의 RF 펄스들의 대역폭은 슬라이스 두께들이 동일하도록 공통 슬라이스 선택 기울기를 고려하여 상이한 주파수 범위들에 대해 조정된다.

상이한 원자들의 슬라이스 선택적 여기 동안 슬라이스 두께들이 동일한 것을 보증하기 위해, 다중 공명 RF 여기 펄스들의 부 신호들의 대역폭들의 비율들은 상이한 원자 타입들의 회전 자기 팩터들의 비율들에 대응하도록 선택된다.

본 발명에 따른 방법이 스핀 에코 시퀀스에 대해 사용되는 경우, 다중 공명 RF 반전 펄스들의 부 신호들의 대역폭들의 비율들은 또한 상이한 원자 타입들의 회전 자기 팩터들의 값들의 비율들에 대응하도록 선택된다.

슬라이스 선택적 여기에 대한 대안으로서, 본 발명에 따른 방법은 3D 시퀀스들에 대해서도 사용될 수 있다. 이러한 타입의 시퀀스들에 대해, 위상 인코딩 스킴은 슬라이스 선택적 기울기 대신에 z 방향에서도 실행된다. 이 경우, 슬라이스 두께들의 조정은 불필요하다. 따라서, 이러한 변형에서, 인가되는 여기 펄스들, 즉 반전 펄스들의 대역폭들은 개별 원자 타입들의 각각의 결합 상수들(γ)에 더 이상 대응하지 않는다. 이 경우, 수소에 대한 것과 동일한 FoV를 커버하기 위해 삼차원 영역들이 "컷오프"된다. 즉, 이 경우에 제3 방향(슬라이스 방향)이 2D 위상 인코딩 방향과 똑같이 처리되어야 한다.

에코 신호의 판독 또는 개별 신호들로의 분리 후, 분리된 개별 신호들은 디지털 신호들로 바람직하게 변환된다. 디지털 신호들은 디지털 회로들을 이용하여 더 처리될 수 있는 원시 데이터를 구성한다.

본 발명에 따른 방법의 특히 실시 가능한 변형에서는, 상이한 원자 타입들의 분리된 개별 신호들로부터, 분리된 이미지 데이터가 획득된다. 여기서, 이미지 영역 밖에 위치하는 이미지 데이터 픽셀들은 최고 값의 결합 상수를 갖는 원자, 예를 들어 수소를 제외하고는 이미지 재구성 후에 폐기된다. 그림으로 표현될 때, 다른 원자 타입들에 할당된 이미지 데이터의, 최고 값의 결합 상수를 갖는 원자에 대한 획득된 이미지의 이미지 영역 밖에 위치하는 이미지 영역들은 고려되지 않는다. 개별 원자 타입들에 할당되는 뷰들의 상이한 이미지 크기들은 나타난 영역 FoV가 원자 타입에 고유한 결합 상수(γ)의 값에 반비례한다는 사실에 기인한다.

대안으로서, 에코 신호들의 판독 동안, k 공간이 또한 라인별로 샘플링되는 대신에 방사상으로 샘플링될 수 있다. k 공간의 방사상 샘플링에 더하여, k 공간의 나선형 샘플링 또는 EPI 타입 샘플링도 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 상이한 원자 타입들에 대한 RF 펄스들이 동시가 아니라 순차적으로 그러나 동일한 공통 기울기 펄스 동안에 전송되도록 변경될 수도 있다. 이러한 변형은 종래의 자기 공명 시스템들이 새로운 방법으로 업그레이드되어야 할 때 특히 유용할 수 있다.

이제, 본 발명은 실시예들을 이용하여 그리고 첨부 도면들을 참조하여 다시 한 번 더 상세히 설명될 것이다. 상이한 도면들에서 동일한 컴포넌트들은 동일하거나 대응하는 참조 부호들을 갖는다. 도면들은 일반적으로 일정 비율로 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 사용되는 펄스 시퀀스를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따라 실행되는 자기 공명 시스템(1)의 매우 개략적인 표현을 나타낸다. 이것은 한편으로는 스캐닝 챔버(8) 또는 환자 터널(8)을 포함하는 실제 자기 공명 스캐너(2)를 포함한다. 침상(7)은 스캔 동안에 그 위에 누워 있는 환자(O) 또는 피검사자가 자기 공명 스캐너(2) 내의 특정 위치에서 그 안에 배치된 자석 시스템 및 무선 주파수 시스템에 대해 지지될 수 있도록 상기 환자 터널(8) 내로 이동될 수 있거나, 스캔 동안 상이한 위치들 사이에서 이동될 수도 있다.

자기 공명 스캐너(2)의 중요 컴포넌트들은 주요 장 자석(3), x, y 및 z 방향들로 자기장 기울기들을 생성하기 위한 자기장 기울기 코일들을 갖는 기울기 시스템(4), 및 RF 보디 코일(5)이다. x, y 및 z 방향에서의 자기장 기울기 코일들은 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 따라서 사전 정의된 조합에 의해, 기울기들이 임의의 논리적 공간 방향들로 (예로서, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향 또는 판독 방향으로) 인가될 수 있으며, 일반적으로 이러한 방향들은 선택되는 슬라이스 배향에 좌우된다. 논리적 공간 방향들은 또한 x, y 및 z 방향들과 일치할 수도 있는데, 예를 들어 슬라이스 선택 방향은 z 방향과, 위상 인코딩 방향은 y 방향과 그리고 판독 방향은 x 방향과 일치할 수 있다. 검사 대상자(O) 내에서 유도되는 자기 공명 신호들은 자기 공명 신호들을 유도하기 위한 무선 주파수 신호들을 방출하는 데에도 일반적으로 사용될 수 있는 보디 코일(5)을 통해 수신될 수 있다. 그러나, 이러한 신호들은 통상적으로 예를 들어 환자(O) 위에 또는 아래에 배치되는 국지적 코일들(여기서는 하나만이 도시됨)을 포함하는 국지적 코일 배열체(6)를 이용하여 수신된다. 모든 이러한 컴포넌트들은 원칙적으로 이 분야의 기술자에게 공지되어 있으며, 따라서 도 1에는 매우 개략적인 방식으로만 도시된다.

자기 공명 스캐너(2)의 컴포넌트들은 제어 장치(10)에 의해 제어될 수 있다. 이것은 경우에 따라 또한 공간적으로 분리되고 적절한 케이블 등을 통해 상호접속되는 복수의 개별 컴퓨터로 구성될 수도 있는 제어 컴퓨터일 수 있다. 상기 제어 장치(10)는 단말기 인터페이스(17)를 통해 단말기(20)에 접속되며, 운영자는 이 단말기를 통해 전체 시스템(1)을 제어할 수 있다. 이 경우, 단말기(20)는 키보드, 하나 이상의 스크린 및 마우스 등과 같은 다른 입력 장치들을 갖는 컴퓨터로서 구비되며, 따라서 운영자에게 그래픽 사용자 인터페이스를 제공한다.

제어 장치(10)는 특히 복수의 서브컴포넌트로 구성될 수 있는 기울기 제어 유닛(11)을 구비한다. 제어 신호들이 기울기 펄스 시퀀스(GS)에 따라 상기 기울기 제어 유닛(11)을 통해 개별 기울기 코일들에 인가된다. 전술한 바와 같이, 이들은 스캔 동안 정확히 제공되는 시간 위치들에 그리고 정확히 사전 정의되는 시간 순서로 설정되는 (실행되는) 기울기 펄스들이다.

제어 장치(10)는 또한 펄스 시퀀스의 사전 정의된 무선 주파수 펄스 시퀀스(RFS)에 따라 RF 펄스들을 각각 RF (보디) 코일(5) 내로 주입하기 위한 무선 주파수 송신 유닛(12)을 구비한다. 무선 주파수 펄스 시퀀스(RFS)는 예를 들어 여기 및 리포커싱 펄스들을 포함한다. 이어서, 자기 공명 신호들(ES)이 국지적 코일 배열체(6)를 이용하여 수신되고, 그로부터 수신된 신호 데이터(ES)가 RF 수신 유닛(13)에 의해 판독된다.

대안으로서, RF 보디 코일(5) 및 코일 배열체(6)가 현재 어떻게 RF 송신 유닛(12) 및 RF 수신 유닛(13)에 각각 와이어링되어 있는지에 따라, 무선 주파수 펄스 시퀀스가 또한 국지적 코일 배열을 통해 방출될 수 있고 그리고/또는 자기 공명 신호들이 RF 보디 코일(미도시)에 의해 수신될 수 있다. 본 발명에 따르면 국지적 코일 배열의 사용이 매우 중요한데, 그 이유는 보디 공명기가 교체되는 것이 아니라 다중 코어 송신/수신 코일이 그에 추가되는 것이 사실상 더 간단하기 때문이다.

다른 인터페이스(18)를 통해 제어 명령들이 예를 들어 침상(7) 또는 주요 장 자석(3)과 같은 자기 공명 스캐너(2)의 다른 컴포넌트들로 송신되거나, 측정된 값들 및/또는 다른 정보가 수신된다.

기울기 제어 유닛(11), RF 송신 유닛(12) 및 RF 수신 유닛(13)은 각각 스캔 제어 유닛(15)에 의해 통합 방식으로 제어된다. 적절한 명령들에 의해, 이것은 필요한 기울기 펄스 시퀀스들(GS) 및 무선 주파수 펄스 시퀀스들(RFS)이 방출되는 것을 보증한다. 적절한 시점에 RF 수신 유닛(13)에 의해 국지적 코일 배열체(6)의 국지적 코일들에서 자기 공명 신호들이 판독되고, 더 처리되는 것도 보증되어야 한다. 스캔 제어 유닛(15)은 또한 다른 인터페이스(18)를 제어한다. 스캔 제어 유닛(15)은 예를 들어 프로세서 또는 복수의 상호작용 프로세서에 의해 구성될 수 있다.

그러한 자기 공명 스캔의 기본 시퀀스 및 설명된 제어 컴포넌트들은 이 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있으며, 따라서 여기서는 더 상세히 설명되지 않는다. 더욱이, 이러한 유형의 자기 공명 스캐너(2) 및 관련 제어 장치는 여기서 또한 상세히 설명되지 않는 복수의 다른 컴포넌트도 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 자기 공명 스캐너(2)는 상이한 설계를 가질 수 있는데, 예를 들어 환자 챔버의 측면이 개방되거나, 하나의 보디 부분만이 배치될 수 있는 더 작은 스캐너로서 구현될 수도 있다는 점에 유의한다.

스캔을 시작하기 위해, 통상적으로 사용자는 상이한 스캔들을 위한 복수의 제어 프로토콜(P)을 저장하는 메모리(16)로부터 상기 스캔을 위해 제공되는 제어 프로토콜(P)을 단말기(30)를 통해 선택할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 사용자는 예를 들어 자기 공명 시스템의 제조자로부터 네트워크(NW)를 통해 제어 프로토콜들을 호출한 후에 필요에 따라 이들을 변경하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 시스템(1)은 장치(30)를 포함한다. 동시 이미징을 위한 장치(30)는 도 1에서 점선으로 지시되며, 도 1에서 알 수 있듯이, 제어 장치(10) 전반에 분산된 유닛들을 포함한다. 본 발명에 따른 장치(30)의 일부는 기울기 제어 유닛(11) 및 RF 송신 유닛(12)을 포함하는 송신 유닛이다. 게다가, 장치(30)는 RF 수신 유닛(13), 분리 유닛(21), 디지털화 유닛(22) 및 재구성 유닛(14)도 포함한다. 언급한 유닛들의 기능이 이제 상세히 설명된다. 상이한 원자 타입들에 할당되는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 여기 펄스들(α₁)이 RF 송신 유닛(12)에 의해 방출된다. 게다가, 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴(GS)이 기울기 제어 유닛(11)에 의해 송신된다. 게다가, RF 송신 유닛(12)은 리포커싱을 위해 필요한 반전 펄스들(α₂)을 송신한다. 이에 응답하여, RF 여기 신호들에 의해 여기된 상이한 타입들의 원자들이 에코 신호들 또는 자기 공명 신호들(ES)을 방출한다. RF 수신 유닛(13)에 의해 수신된 자기 공명 신호들(ES)은 처음에 분리 유닛(21)으로 전송된다. 분리 유닛(21)은 RF 수신 유닛(13)에 의해 수신된 자기 공명 신호들(ES)을 수신하고, 이들을 이미징 시 관련되는 상이한 원자 타입들에 할당한다. 이어서, 분리된 개별 신호들(EZS)이 디지털화 유닛(22)으로 전송된다. 디지털화 유닛(22)은 아날로그 개별 신호들(EZS)을 분리된 개별 신호들의 디지털화된 원시 데이터(SRD)로 변환한다. 이어서, 디지털화된 원시 데이터(SRD)는 재구성 유닛(14)으로 전송된다. 재구성 유닛(14)은 분리된 원시 데이터(SRD)로부터 이미지 데이터(BD)를 재구성한다. 이어서, 더 낮은 값의 결합 상수(γ)를 갖는 원자 타입들에 할당된 이미지 데이터(BD)는 축소된 이미지 데이터(RBD)로 더 축소된다. 정의된 시야(FoV) 밖에 있는 상기 이미지 데이터(BD)는 폐기된다. 이미지 데이터(BD 또는 RBD)는 메모리(16)에 저장되고 그리고/또는 인터페이스(17)를 통해 단말기(20)로 전송되며, 따라서 운영자가 이미지 데이터를 볼 수 있게 된다. 이미지 데이터(BD 또는 RBD)는 네트워크(NW)를 통해 다른 곳에 저장되고 그리고/또는 표시 및 분석될 수도 있다. 이미지 데이터(BD, RBD)는 한편으로는 분리된 원시 데이터(SRD)의 크기 데이터로부터 재구성되는 전통적인 이미지 데이터를 그리고 다른 한편으로는 위상 콘트라스트 측정 동안 원시 데이터의 허수 부분들로부터 생성되는 위상 이미지들도 포함한다. 스캐닝되는 대상자는 생성되는 이미지 데이터를 이용하여, 원자 타입에 따라 분리되어 가시화될 수 있다. 그러나, 생성되는 이미지들은 서로 중첩되어 보일 수도 있다.

도 2는 z 방향에서의 슬라이스 선택을 이용하는 동시 이미징을 위한 펄스 시퀀스를 예시적으로 나타낸다. RF로 표시된 제1 라인에는 다중 공명 여기 펄스(α₁) 및 다중 공명 반전 펄스(α₂)가 도시된다. 이들의 시간상 뒤에는 다중 공명 수신 유닛(13)(도 1 참조)에 의해 검출되는 스핀 에코 ADC가 도시된다. 기울기 펄스 시퀀스들(G_x, G_y, G_z)이 라인들(2 내지 4)에 도시된다. 기울기들(G_x, G_y)의 목적은 z 방향에서 선택된 슬라이스 내에서 x 방향 및 y 방향에서의 공간 해상도를 생성하는 것이다. 예를 들어, 기울기(G_y)는 위상 인코딩 기울기일 수 있고, 기울기(G_x)는 판독 기울기일 수 있다. 즉, 이미징 동안, 선택된 슬라이스 내에서, 위상 인코딩이 y 방향에서 수행되고, 주파수 인코딩이 x 방향에서 수행된다. 상이한 위상이 위치에 따라 y 방향의 스핀들에 대해 부과되며, 스핀들이 세차 운동하는 주파수는 x 방향에서 변한다. 따라서, 판독된 신호들은 기울기 장들(G_x, G_y)에 의해 정의되는 주파수 및 위상 인코딩을 포함하며, 그들로부터 푸리에 변환을 이용하여 이미지 정보가 재구성될 수 있다. 그러나, 기울기들은 상이한 원자 타입들에 상이하게 영향을 미치며, 이는 상이한 원자 타입들의 핵들의 스핀들이 상이한 속도들로 탈위상화된다는 것을 의미한다. 획득된 이미지들의 공간 해상도는 기울기 모멘트들, 즉 기울기 장 강도 및 기울기들의 영향의 지속기간에 좌우될 뿐만 아니라, 결합 상수(γ)에도 좌우된다. 따라서,

이고, 여기서 Δx는 x 방향에서의 픽셀 에지 길이다. 예를 들어, Na²³ 핵의 결합 상수(γ)의 더 낮은 값은 H¹에 비해 달성 가능 해상도를 저하시킨다.

필요한 스캔 포인트들의 수(N)는 아래와 같이 스캐닝되는 대상자의 크기 FoV를 달성된 픽셀 크기 Δx로 나눔으로써 얻어진다.

따라서, H¹에 비해 Na²³의 결합 상수의 더 낮은 값으로 인해, 2개의 원자의 병렬 스캐닝에 대해 H¹에 비해 Na²³에 대해 더 낮은 해상도가 생성된다. 결과적으로, Na²³ 이미징을 위해서는 더 적은 스캔 포인트들로 충분할 것이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 스캐닝이 동시에 또는 적어도 동일 위치 인코딩을 이용하여 진행되도록 설계됨에 따라, Na²³에 대해 필요 이상의 스캔 포인트들이 획득된다. 결과적으로, Na²³ 원자들의 여기 동안 필요한 것보다 큰 이미지 영역이 획득된다. 이미지 데이터의 후처리를 위해, 스캐닝되는 대상자의 크기 또는 더 정확하게는 사전 결정된 이미지 영역의 크기에 대응하는 정의된 FoV 밖의 픽셀들은 편의상 폐기된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다. 도시된 실시예에서, H¹ 및 Na²³ 원자들은 슬라이스 선택적 이미징 방법에서 스핀 에코 펄스 시퀀스를 이용하여 여기된다. 이러한 목적을 위해, 단계 3.I에서, 이중 공명 여기 펄스(α₁)가 실행된다. 이러한 여기 펄스는 예를 들어 상이한 원자 타입들에 할당되는 부 신호들을 전송하는 이중 공명 송신 안테나(12)(도 1 참조)에 의해 방출되며, 그러한 부 신호들의 주파수들은 상기 상이한 원자들의 핵 스핀들의 공명 주파수들에 대응한다. 여기 펄스는 슬라이스 기울기(G_z)와 함께 타겟 볼륨의 슬라이스 두께를 정의한다. 여기 신호(α₁)의 2개의 부 신호의 주입된 에너지는 동시에 주입되는 슬라이스 선택 기울기(G_z)의 영향하에 개별 원자 타입들에 대해 상이한 슬라이스 여기를 생성한다. 전술한 바와 같이, 이것은 결합 상수들(γ_NA23, γ_H1)의 상이한 값들에 기인한다. 예를 들어, 양 원자 타입에 대해 동일한 슬라이스 두께를 얻기 위해, 여기 신호(α₁)의 부 신호들의 대역폭들(BW_Na, BW_H1)의 비율은 아래와 같이 계산되어야 한다.

단계 3.II에서, 다중 공명 RF 반전 펄스(α₂)가 또한 슬라이스 선택 기울기(G_z)와 동시에 전송된다. 반전 펄스(α₂)는 또한 상이한 원자 타입들에 할당되는 2개의 부 신호를 포함한다. 단계 3.III에서, 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴(GS) 또는 기울기 펄스 시퀀스가 전송된다. 이것은 예를 들어 송신 유닛(11)(도 1 참조)을 통해 방출된다. 상기 기울기 펄스 시퀀스는 여기 펄스(α₁) 및 반전 펄스(α₂)의 방출과 동기화되어 방출된다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 슬라이스 선택 기울기들(G_z)이 여기 펄스(α₁) 및 반전 펄스(α₂)와 동시에 방출된다. 한편, 판독 기울기(G_x)는 수신 장치(13)의 판독 윈도(ADC)와 동기화된다. 위상 코딩 기울기들(G_y)은 판독 전후에 스위칭된다. 단계 3.IV에서, 에코 신호 또는 자기 공명 신호(ES)가 이중 공명 수신 안테나를 이용하여 수신된다. 에코 신호(ES)는 상이한 타입들의 원자들의 상이한 개별 에코들을 포함한다. 이어서, 단계 3.V에서, 수신된 에코 신호가 개별 신호들(EZS)로 분리된다. 단계 3.VI에서, 추가 처리 전에 아날로그/디지털 변환이 수행된다. 이어서, 분리된 개별 신호들 또는 대응하는 분리된 디지털 원시 데이터(SRD)가 개별적으로 더 처리된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 펄스 시퀀스는 스캔 시간, 달성 가능 SNR(신호 대 잡음비) 및 해상도와 관련하여 H¹에 대해 최적화된다. 따라서, 단계 3.VII에서, H¹ 개별 신호에 할당된 원시 데이터(SRD)는 H¹ 원자들만을 이용하는 이미지 획득에 대한 것과 동일한 종래 방식으로 처리될 수 있다. 이미지 재구성은 예를 들어, 획득된 원시 데이터(SRD)의 푸리에 변환과 같은 통상의 수학적 방법들을 포함한다. Na²³ 개별 신호에 할당된 원시 데이터(SRD)는 또한 단계 3.VIII에서 이미지 데이터의 재구성을 위해 사용된다. 그러나, 단계 3.IX에서, H¹ 원자들을 이용하는 이미지 획득과 관련된 이미지 영역(FoV) 밖에 있는 픽셀들은 폐기되는데, 그 이유는 이들이 관심 이미지 영역(FoV)에 대한 추가 정보를 제공하지 않기 때문이다.

따라서, 한 가지 타입의 원자를 이용하는 MR 이미징을 위해서만 개발된 펄스 시퀀스가 복수의 원자 타입을 이용하는 동시 스캐닝을 위해 사용되는 것을 가능하게 하는 평가 방법이 제공된다. 결과적으로, 개별 펄스 시퀀스에 대한 추가적인 스캔 시간을 소비할 필요 없이, 예를 들어 환자의 생리 및 신진대사 상태에 관한 추가 정보가 얻어질 수 있다. 게다가, 검사 대상자가 순차적인 스캔들 동안 움직이는 결과로서 발생하는 간섭 효과들이 방지된다.

결론적으로, 전술한 상세한 방법들 및 구성들은 예시이며, 기본 원리는 청구항들에서 설명되는 한도에서 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 이 분야의 기술자에 의해 광범위하게 변경될 수도 있다는 점에 다시 유의한다. 완전함을 위해, 부정관사 "a" 또는 "an"의 사용은 해당하는 특징의 복수 개의 존재의 가능성을 배제하지 않는다는 점에 유의한다. 또한, "유닛" 또는 "모듈"이라는 용어는 이들이 공간적으로 분산될 수도 있는 복수의 컴포넌트로 구성될 가능성을 배제하지 않는다.

Claims

동시 MR 이미징 방법(300)으로서,
- 상이한 원자 타입들에 할당되는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 여기 펄스(α₁)를 전송하는 단계;
- 상기 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴(GS)을 전송하는 단계;
- 상이한 원자 타입들의 상이한 개별 에코들을 포함하는 에코 신호(ES)를 수신하는 단계;
- 수신된 에코 신호(ES)를 개별 신호들(EZS)로 분리하는 단계;
- 분리된 개별 신호들(EZS)에 할당된 원시 데이터(SRD)에 기초하여 이미지 데이터(BD, RBD)를 재구성하는 단계
를 포함하고,
상기 상이한 원자 타입들의 RF 펄스들의 대역폭은, 상기 다중 공명 RF 여기 펄스의 상기 복수의 부 신호의 대역폭들의 비율이 상기 상이한 원자 타입들의 결합 상수들의 값들의 비율에 대응하도록 상이한 주파수 범위들로 조정되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항에 있어서, 상이한 원자 타입들에 할당되는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 반전 펄스(α₂)가 전송되고 그리고/또는 여기된 원자들의 스핀들이 리포커싱되도록, 반전된 기울기 펄스가 전송되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 정확히 두 가지 원자 타입의 에코 신호들(ES)이 동시에 측정되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상이한 원자 타입들은 아래의 원자 타입들, 즉
- H¹,
- Na²³,
- F¹⁹,
- O¹⁷,
- P³¹,
- C¹⁴,
- He³,
- Li⁷,
- Cl³⁵,
- Cl³⁷
중 하나를 포함하는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 공통 기울기 스킴(GS)은 수소 원자들의 공명 또는 이미지 해상도와 관련하여 최적화되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, RF 여기 펄스(α₁) 및 RF 반전 펄스(α₂)는 슬라이스 선택적 방식으로 방출되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 다중 공명 RF 여기 펄스(α₁)의 상기 부 신호들의 대역폭들의 비율들은 상기 상이한 원자 타입들의 회전 자기 팩터들의 값들의 비율들에 대응하는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 다중 공명 RF 반전 펄스(α₂)의 상기 부 신호들의 대역폭들의 비율들은 상기 상이한 원자 타입들의 회전 자기 팩터들의 값들의 비율들에 대응하는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 공통 기울기 스킴(GS)으로서 3D 시퀀스가 사용되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 분리된 이미지 데이터(BD)가 상기 상이한 원자 타입들의 분리된 개별 신호들(EZS)로부터 획득되며, 이미지 영역(FoV) 밖에 위치하는 이미지 데이터(BD)의 픽셀들은 고려되지 않는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 에코 신호들(ES)의 판독 동안 k 공간은 라인별로 그리고/또는 방사상으로 샘플링되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상이한 원자 타입들에 대한 상기 RF 펄스들은 동시가 아니라 순차적으로 그러나 동일한 공통 기울기 펄스(G_z) 동안에 전송되는, 동시 MR 이미징 방법(300).
동시 이미징을 위한 장치(30)로서,
- 상이한 원자 타입들에 할당되는 복수의 부 신호를 포함하는 다중 공명 RF 여기 펄스(α₁)를 전송하고,
상기 상이한 원자 타입들에 공통인 기울기 스킴(GS)을 전송하도록 설계되는 송신 유닛;
- 상이한 원자 타입들의 상이한 개별 에코들(EZS)을 포함하는 에코 신호(ES)를 수신하도록 설계되는 수신 유닛(12, 13);
- 에코 신호(ES)를 개별 신호들(EZS)로 분리하도록 설계되는 분리 유닛(21); 및
- 분리된 개별 신호들(EZS)에 할당된 원시 데이터(SRD)에 기초하여 이미지 데이터(BD)를 재구성하도록 설계되는 재구성 유닛(14)
을 포함하고,
상기 다중 공명 RF 여기 펄스의 상기 복수의 부 신호의 대역폭들의 비율이 상기 상이한 원자 타입들의 결합 상수들의 값들의 비율에 대응하도록, 상기 상이한 원자 타입들의 RF 펄스들의 대역폭은, 상이한 주파수 범위들로 조정되는, 동시 이미징을 위한 장치(30).
제13항에 따른 장치(30)를 구비하는 자기 공명 시스템(1).
자기 공명 시스템(1)의 메모리 내에 직접 로딩될 수 있으며, 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 단계들 모두를 수행하기 위한 프로그램 코드 섹션들을 구비하는 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.