KR101703382B1 - 생체 검사 대상자를 자극하는 것에 의한 검사 대상자의 사전 결정된 체적 세그먼트의 ｍｒ 영상화 방법 및 자기 공명 시스템 - Google Patents

Abstract

생체 검사 대상자를 자극하는 것에 의한 검사 대상자의 사전 결정된 체적 세그먼트의 MR 영상화 방법 및 자기 공명 시스템이 제공된다.
본 발명은 생체 검사 대상자(O)의 사전 결정된 체적 세그먼트의 MR 영상화에 관한 것이고, 하기의 단계들이 구현된다:
정의된 자극 패턴으로 검사 대상자(O)를 자극하는 단계;
사전 결정된 체적 세그먼트의 MR 데이터를 획득하는 단계;
자극 패턴에 따라 MR 데이터에 기초하여 MR 영상을 생성하는 단계.
따라서, 사전 결정된 체적 세그먼트는 검사 대상자의 내장 기관 또는 근육 조직을 포함한다.

Description

생체 검사 대상자를 자극하는 것에 의한 검사 대상자의 사전 결정된 체적 세그먼트의 ＭＲ 영상화 방법 및 자기 공명 시스템{METHOD AND MAGNETIC RESONANCE SYSTEM FOR MR IMAGING OF A PREDETERMINED VOLUME SEGMENT OF A LIVING EXAMINATION SUBJECT BY MEANS OF STIMULATION OF THE EXAMINATION SUBJECT}

본 발명은 생체 검사 대상자의 사전 결정된(predetermined) 체적 세그먼트(특히 심장)의 MR 영상을 생성하는 방법 및 자기 공명 시스템에 관한 것이다.

US 2011/0160567 A1은 자기 공명 시스템으로부터 정보를 검출하고 이 정보에 따라 이식형 디바이스(예를 들어, 제세동기 또는 심박조율기)의 파라미터를 조정하는 이식형 디바이스를 기술하고 있다. 디바이스의 교정을 위해, 환자가 스트레스에 노출될 수 있고, MR 영상이 이 스트레스 하에서 생성될 수 있다.

US 6,073,041은 생리적 요인들(호흡, 심장 박동)로 인한 신호 변동을 제거하는 두뇌의 MR 영상화에 대해 기술하고 있다.

"Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation", S. Ogawa et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, Vol. 87, Pages 9868 - 9872, December 1990에는, 정상적인 생리학적 조건 하에서 두뇌에서의 산소 부화(oxygen enrichment)에 관해 생체 대상자에서 실시간 결과를 얻기 위해 MR 영상화에서 BOLD 콘트라스트(BOLD contrast)가 사용될 수 있는 것이 기술되어 있다.

"Oxygenation in the Rabbit Myocardium: Assessment with Susceptibility-dependent MR Imaging", M. K. Atalay et al., Cardiac Radiology 1993; 189: Pages 759 - 764에서는, 동물 실험에서의 MR 영상화에서 심장 근육에서의 산소 함량을 측정하는 것이 가능하다는 것을 보여주고 있다.

"Effect of Cardiac Flow on Gradient Recalled Echo Images of the Caine Heart", R. S. Balaban, NMR in Biomedicine, Vol. 7, Pages 89 - 95, 1994에서는, 경사 에코(gradient echo)의 세기가 관상 혈류의 세기 및 정맥 혈류에서의 산소 포화도에 의존한다는 것을 개시하고 있다.

종래 기술에 따르면, 심장 근육 조직의 국소 허혈(ischemic) 상태를 보다 강인하고 보다 낮은 아티팩트로 검출하는 것이 어렵게 가능할 뿐이다.

따라서, 본 발명의 목적은 내장 기관 또는 근육 조직의 국소 허혈 상태를 강인하고 낮은 아티팩트로 검출하는 것이 종래 기술에 따라 가능한 것보다 더 나은, 본 발명에 따라 생성된 MR 영상으로 가능하도록 MR 영상화를 개선시키는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 제1항에 따른 MR 영상화 방법을 통해; 청구항 제11항에 따른 자기 공명 시스템을 통해; 청구항 제13항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 통해; 및 청구항 제14항에 따른 전자적 판독가능 데이터 매체를 통해 달성된다. 종속 청구항은 본 발명의 바람직하고 유익한 실시예를 한정하고 있다.

본 발명의 범위 내에서, 생체 검사 대상자의 사전 결정된 체적 세그먼트의 MR 영상화 방법이 제공된다. 사전 결정된 체적 세그먼트는 검사 대상자의 내장 기관 또는 검사 대상자의 근육 조직이며, 따라서 사전 결정된 체적 세그먼트가 구체적으로는 검사 대상자의 두뇌가 아니다. 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 정의된 자극 패턴으로 검사 대상자를 자극하는 단계. 자극을 통해, 상세하게는, 사전 결정된 체적 세그먼트 내에서의 산소 포화도가 변화된다. 자극은 그에 따라 간접 자극의 형태로도 일어날 수 있다. 그에 따라, 간접 자극이라 함은 예를 들어, 사전 결정된 체적 세그먼트가 직접 자극되지 않고 오히려 간접적으로 자극되는 경우의 자극을 말한다. 예를 들어, 이것은 상이한 체적 세그먼트(예를 들어, 두뇌)가 자극되고, 그에 의해 이어서 사전 결정된 체적 세그먼트(예를 들어, 심장)이 (간접적으로) 자극되는 경우이다.

- 사전 결정된 체적 세그먼트의 MR 데이터를 획득하는 단계. 검사 대상자가 자극되는 동안, 사전 결정된 체적 세그먼트 내에서의 MR 데이터가 획득된다.

- 획득된 MR 데이터에 기초하여, 자극 패턴에 따라 MR 영상이 생성되는 단계. 환언하면, MR 영상의 생성에서 자극 패턴 또는 MR 데이터의 획득 동안 검사 대상자가 어떻게 자극되는지의 방식이 고려된다.

MR 영상의 생성이 자극 패턴에 따라 행해진다는 점에서, 자극으로 인해 발생되는 MR 영상 내에서의 신호 변화가 유리하게도 자극에 의해 야기되지 않는 다른 신호 변화로부터 분리될 수 있다. 이들 다른 신호 변화가 보통 간섭이기 때문에, 이들 다른 신호 변화 또는, 각각, 간섭이 MR 영상의 생성에서 제거될 수 있고, 따라서 낮은 아티팩트의 MR 영상이 유리하게도 높은 콘트라스트/잡음비로 생성될 수 있다.

자극에 의해 유발된 효과가 심장 근육에서의 BOLD 효과(즉, 간단화된 형태로, 실험적으로 유발된 산소 결핍 상태와 산소 포화 상태 사이의 신호 차)인 경우, 1.5 T와 3 T 사이의 자계 강도에 의한 보편적인 핵자기 공명 단층 촬영에 있어서, MR 데이터 또는, 각각, MR 영상에서의 BOLD 효과에 의해 야기된 이들 변화는 몇 퍼센트의 범위에 있다(따라서 잡음의 크기 정도임). 환언하면, 원하는 BOLD 효과에 부가하여, 종래 기술에 따라 생성된 MR 영상(즉, 자극 패턴을 고려하지 않음)은 (그 중에서도 특히) 선택된 획득 기법 및 획득 시간에 의존하는 원하지 않는 신호 부분을 포함하고 있다. 예를 들어, 기관 움직임(예를 들어, 호흡 또는 심장 수축에 의해 야기됨), 자기 공명 시스템의 결함(예를 들어, B0 자계 드리프트, 와전류, 자계 불균일) 및 생리학적 효과(예를 들어, 심박수의 변화, 혈액 순환의 변화)가 이들 간섭 또는, 각각, 원하지 않는 신호 부분에 대한 원인으로서 열거되고 있다. 본 발명에 따른 MR 영상의 생성이 자극 패턴에 의존하여 행해진다는 점에서, BOLD 효과에 의해 야기되는 변화가 유리하게도 원하지 않는 변화 또는, 각각, 간섭과 구별될 수 있고, 따라서 이들 간섭이 생성된 MR 영상으로부터 제거될 수 있다. BOLD 효과를 통해 심장 근육 조직의 국소 허혈 상태를 강인하고 낮은 아티팩트로 검출하는 것이 그로써 본 발명에 따라 생성된 MR 영상으로 구현될 수 있다.

MR 데이터의 획득은 상세하게는 측정 시계열을 통해 이루어지고, 이 측정 시계열을 통해 높은 시간 해상도를 갖는 T2*-가중된 및/또는 T2 가중된 MR 영상이 얻어진다. 그로써, 시간순으로 연속적인 2개의 MR 영상이 100 ms 내지 500 ms의 시간 간격으로(또는 심지어 수 초의 간격으로) 생성되고, 따라서 체적 세그먼트(예를 들어, 심장)의 2개 내지 10개의 MR 영상이 1초의 기간 내에 생성된다.

그로써, MR 데이터의 획득이 3차원(3D) 또는 2차원(2D) 방법으로 행해질 수 있다. 본 발명에 따르면, 멀티슬라이스(multislice) 2D 방법(MR 데이터가 다수의 슬라이스로 획득됨)이라고 하는 것에 의한 3차원 체적 세그먼트의 획득도 가능하다.

그로써, 검사 대상자를 자극하는 것은 다음과 같은 그룹의 프로세스 중에서 선택되는 적어도 하나의 프로세스를 포함할 수 있다:

- 검사 대상자에 의약 물질을 제공하는 것. 그에 의해 약물 또는 기타 물질이 검사 대상자에 투여되고, 그로써 사전 결정된 체적 세그먼트에서의 MR 영상 내에서 검출될 효과(예를 들어, 산소 포화도의 변동)를 달성한다.

- 검사 대상자를 기계적으로 자극하는 것. 그에 의해 검사 대상자가 검사 대상자의 피부를 통해 지각되는 자극 또는 접촉을 통해 자극되거나 스트레스를 받는다. 이와 같이 기계적으로 자극하는 것은 사전 결정된 체적 세그먼트에서의 MR 영상 내에서 검출될 효과(예를 들어, 산소 포화도의 변동)를 생성한다.

- 검사 대상자를 정신적으로 자극하는 것. 그에 의해 검사 대상자가, 예를 들어, 음향적 또는 광학적 자극을 통해 자극되거나 스트레스를 받는다. 사전 결정된 체적 세그먼트에서, 정신적으로 자극하는 것으로 인해 MR 영상 내에서 검출될 효과(예를 들어, 산소 포화도의 변동)가 발생한다. 예를 들어, 사전 결정된 체적 세그먼트인 (사람의) 심장에 대해 검사 대상자를 정신적으로 자극하는 것은 (예를 들어, 음향적 또는 광학적 자극을 통해) 두뇌를 자극하는 것을 통해 심박수가 증가된다는 것을 의미할 수 있다.

- 검사 대상자에 영향을 미치는 임의의 유형의 외부 환경의 변화를 통해 자극하는 것. 예를 들어, 이들 변화는 온도의 변화, 검사 대상자가 흡입하는 공기의 조성의 변화, 및 냉수 검사(ice water test)["한랭 압박 검사(cold pressure test)"]를 포함한다.

검사 대상자를 자극하는 것은 상세하게는 반복하여 행해지지만, 또한 다른 형태로 시변적(즉, 시간에 의존함)일 수 있다. 자극 또는, 각각, 자극 패턴은 또한 어떤 자극도 행해지지 않는 휴식 단계(rest phase)를 포함할 수 있다.

BOLD 효과와 관련하여 앞서 이미 언급한 바와 같이, MR 영상의 생성은 자극 패턴에 뒤따르는(즉, 상세하게는 자극 패턴과 상관 관계를 가지는) MR 영상 내에서의 변화의 검출을 포함할 수 있다. 더욱이, 자극 패턴과 상관 관계를 전혀 갖지 않거나 약간 가지는 MR 영상 내에서의 부가의 변화가 검출된다. MR 영상은 이제 부가의 변화가 MR 영상으로부터 제거되도록 보정되고, 그 결과, 양호한 또는, 각각, 높은 콘트라스트/잡음비를 가지는 MR 영상이 생성된다.

환언하면, 이 실시예에 따르면, 제1 단계에서 획득된 MR 데이터로부터 예비적 MR 영상이 생성된다. 이들 예비적 MR 영상 내에서, 자극 패턴과 상관 관계를 나타내는 변화 및 자극 패턴과 상관 관계를 전혀 나타내지 않거나, 각각, 약간 나타내는 부가의 변화가 검출된다. 부가의 변화(간섭으로서 해석됨)가 이들 예비적 MR 영상으로부터 제거되고, 그 결과 양호한 콘트라스트/잡음비를 갖는 MR 영상을 생성한다.

예를 들어, 자극 패턴에 따른 예비적 MR 영상의 통계 분석의 도움을 받아, 변화의 검출 및/또는 부가의 변화의 검출이 행해질 수 있다.

이 통계 분석은, 예를 들어, GLM("General Linear Model")에 의해 구현될 수 있다. 통계 분석에 의해, 시간순으로 되어 있는 다수의 예비적 MR 영상이 분석되고, 이 MR 영상에서 복셀(voxel)은 MR 데이터의 획득 동안 검사 대상자가 노출되어 있는 자극에 대한 정의된 반응(예를 들어, BOLD 효과)을 보여준다. 통계 분석은 신호값/시간 곡선이 사전 결정된 상관 관계 임계값을 초과하는 자극 패턴의 대응하는 시간 곡선과 상관 관계를 나타내는 시간순으로 되어 있는 예비적 MR 영상 내에서의 그 복셀을 결정한다. 상관 관계가 상관 관계 임계값을 초과하는 예비적 MR 영상 내에서의 그 복셀은 그에 따라 자극 패턴을 뒤따르는 그 변화로서 해석된다. 그로써, 자극 패턴은 상세하게는 스트레스 및 휴식 단계의 시간 곡선에 의해 정의되지만, 정의된 시점에서의 자극의 강도에 의해서도 정의된다. 자극 패턴은 블록 설계를 따를 수 있거나, 시프트 레지스터 계열(shift register series)로서 구현될 수 있다.

블록 설계에서, 자극 패러다임 또는, 각각, 자극 패턴은 반복하는 일련의 자극 및 휴식(예를 들어, 30초 자극, 30초 휴식)을 포함한다. 이 기간(60초) 동안, 측정이 각각 구현될 수 있거나, 예를 들어, 각각, MR 데이터가 발생될 수 있다. 평가 또는, 각각, 분석은 자극 패턴을 뒤따르는 (MR 데이터로부터 생성되는) 예비적 MR 영상에서의 세기 또는, 각각, 변화를 결정한다.

시프트 레지스터 계열(이벤트 기반 자극이라고도 함)에서, 자극 단계(stimulation phase) 및 휴식 단계가 불규칙적인 순서로 교대로 일어나고, 여기서 자극 단계 및 휴식 단계의 지속기간도 역시 상이한 길이를 가질 수 있다. 예비적 MR 영상의 평가 또는, 각각, 분석에서, 어느 변화가 자극 패턴에 뒤따르는지를 결정하기 위해 특정의 효과(예를 들어, 신체의 반응 시간, 신호 응답의 형태)가 고려되어야만 한다. 이것에 대한 분석은, 예를 들어, 펄스 반응(혈역학 반응 함수라고도 함)에서의 안티-엘리어싱(anti-aliasing)을 포함한다.

이와 달리, 자극 패턴의 시간 곡선과의 상관 관계가 사전 결정된 상관 관계 임계값 미만인 복셀의 시간 변화가 시간순으로 되어 있는 예비적 MR 영상의 통계 분석을 통해 검출되는 경우, 이들 변화는 간섭으로서 해석되는 부가의 변화로서 식별된다.

그에 의해 예비적 MR 영상의 평가 또는 통계 분석이 시간순으로 되어 있는 예비적 MR 영상의 픽셀당 또는 특정의 영역[ROI("Region of Interest")] 내에서 행해질 수 있다. 이들 영역은 그로써 시간에 의존하여 결정될 수 있고, 이는 상세하게는 MR 영상에 의해 영상화되는 특정의 물체(예를 들어, 심장, 횡격막)가 움직이는 경우이다.

MR 영상 내에서의 영역의 평가를 통해 변화 및/또는 부가의 변화를 구현하기 위해, 시간에 따른 이러한 영역의 복셀의 평균값이 추적되어, 예를 들어, 이 평균값의 시간 변화를 자극 패턴의 시간 변화와 비교할 수 있다.

더욱이, 자극 패턴에 부가하여 획득된 MR 데이터에 영향을 미치는 특성값을 검출하는 것이 가능하다. 예비적 MR 영상 내에서의 변화 및/또는 부가의 변화의 검출은 이어서 검출된 특성값에 따라 구현될 수 있다.

변화 및/또는 부가의 변화의 검출은, 예를 들어, 예비적 MR 영상의 통계 분석에 의해 자극 패턴에 부가하여 고려될 수 있는 특성값 또는 간섭값의 도입을 통해 정성적으로 추가로 개선될 수 있다.

그에 따라 특성값 또는 간섭값으로 이해되는 것은, 예를 들어, 다음과 같다:

- EKG 신호,

- 호흡 신호(예를 들어, 횡격막 위치의 지정),

- 움직임의 크기의 척도,

- 혈역학 반응 함수(예를 들어, 이미 획득된 MR 영상으로부터 알아낼 수 있는, 예상되는 혈류에 관한 정보).

호흡 신호를 고려함으로써, 측정 동안 사전 결정된 영역에 횡격막이 위치될 때에만 MR 데이터를 획득하는 것이 또한 가능하다. 그에 의해, MR 데이터 획득 동안 호흡 위치가 사전 결정된 영역을 벗어나 있을 때 MR 데이터가 획득되지 않거나 폐기된다.

예비적 MR 영상 내에서의 변화의 검출은 상세하게는 혈중 산소(blood oxygenation)에 의해 및/또는 흐름 효과에 의해 영향을 받는 예비적 MR 영상 내에서의 특징 또는 특성에 의존하여 행해질 수 있다.

예를 들어, 이 경우, 예비적 MR 영상에서의 특징 또는 특성으로서 BOLD 효과가 검출될 수 있다. 그렇지만, SSFP("Single State Free Precession") 시퀀스를 사용하여, BOLD 효과로부터 및 흐름 효과 또는, 각각, 관류 효과로부터 혼합된 콘트라스트를 검출되어야 하는 자극 패턴에 따른 변화로서 검출하는 것이 또한 가능하고, 이는 허혈 효과의 국소화 및/또는 정량화를 강화시킬 수 있다.

더욱이, MR 영상의 생성은 움직임 보정을 포함할 수 있다.

따라서, 움직임 보정이라는 것은 탄성체 및/또는 강체 모델의 도움을 받아 MR 영상으로부터 심장 움직임 및 호흡 움직임을 제거하는 MR 영상의 시계열의 전향적 및/또는 후향적 위치 맞춤(prospective and/or retrospective registration)을 말한다. 따라서, 위치 맞춤(registration) 또는 보다 나은 영상 위치 맞춤이라는 것은 다수의 MR 영상에서 동일한 영역 또는 적어도 유사한 영역이 결정되어 MR 영상에서의 이들 적어도 유사한 영역을 서로 일치시키는 방법이다.

게다가, MR 영상의 생성은 (예비적) MR 영상의 공간적 및/또는 시간적 필터링을 포함할 수 있다.

MR 영상의 필터링을 통해, 상세하게는 MR 영상의 개개의 복셀에 대한 값에서의 시간적 또는 공간적 이상치(outlier)가 평활화될 수 있다. MR 영상의 복셀의 값이 공간적으로도 시간적으로도 평활화된다는 점에서, 상세하게는, MR 영상의 신호대 잡음비가 개선된다.

MR 데이터를 획득하기 위해, 하기의 그룹으로부터 선택되는 시퀀스가 사용될 수 있다:

- 싱글 샷 에코 평면 영상화(single shot echo planar imaging). 그에 의해, 경사 에코(gradient echo) 또는 스핀 에코 시퀀스를 갖는 RF 여기로부터 시작하여 k-공간 전체가 판독된다.

- FLASH(Fast Low Angle Shot). 저 플립각(low flip angle)을 갖는 경사 에코가 발생되는 고속 시퀀스.

- TrueFISP(True Fast Imaging with Steady State Precession). 일치된 경사가 사용되는 코히런트 기법(모든 복셀이 동위상(in phase)에 있음을 의미함). FLASH와 비교하여, 획득 시간이 보통 더 짧고, 혈액과 심장 근육 사이의 콘트라스트가 더 높다.

MR 데이터로부터 획득된 MR 영상의 콘트라스트도 역시 영향을 받을 수 있거나, 각각, 준비 펄스를 통해(예컨대, T2 준비 시퀀스 또는 포화 시퀀스를 통해) 개선될 수 있다.

특정의 통계를 발생하기 위해, 이들 통계가 MR 영상으로부터 직접 도출될 수 있다. 그렇지만, MR 영상으로부터 도출된 파라미터(예를 들어, T2 맵)로부터 이들 통계를 발생하는 것이 또한 가능하다.

그에 의해, MR 데이터의 획득이 (예를 들어, EKG 신호에 의해) 트리거링되거나 트리거링 없이 행해질 수 있다. 더욱이, MR 데이터가 2차원적으로 또는 3차원적으로 획득될 수 있다. 마지막으로, k-공간이 데이터 획득을 위해 세그먼트화될 수 있거나, k-공간이 RF 여기로부터 시작하여 완전히 판독된다.

본 발명의 범위 내에서, 생체 검사 대상자 내에서의 사전 결정된 체적 세그먼트에서 MR 데이터를 획득하는 자기 공명 시스템이 또한 제공된다. 따라서, 사전 결정된 체적 세그먼트는 검사 대상자의 내장 기관(두뇌가 아님) 또는 근육 조직을 포함한다. 자기 공명 시스템은 기본 자계 자석(basic field magnet); 경사 자계 시스템; 하나 이상의 RF 안테나; RF 안테나(들)에 의해 획득되는 측정 신호를 수신하고 측정 신호를 평가하여 MR 영상 데이터 세트를 생성하기 위해, 경사 자계 시스템 및 RF 안테나(들)를 제어하는 제어 디바이스; 및 자극 디바이스를 포함하고 있다. 자극 디바이스는 사전 정의된 자극 패턴으로 검사 대상자를 자극하도록 설계되어 있다. 자기 공명 시스템은 MR 데이터를 획득하고, - 제어 디바이스의 도움을 받아 - 자극 패턴에 따라 MR 데이터에 기초한 MR 영상을 생성하도록 설계되어 있다.

자극 디바이스는 약물 또는 기타 물질의 특정의 투여량을 투여하는 디바이스(예를 들어, 펌프)일 수 있다. 그에 의해, 자극 디바이스는 상세하게는 사전 결정된 자극 패턴에 대응하는 이들 투여량을 투여하는 위치에 있다. 더욱이, 자극 디바이스는 사전 결정된 자극 패턴에 대응하여 검사 대상자를 터치하는 디바이스일 수 있다. 자극 패턴에 따라 잡음 또는 오디오 신호로 검사 대상자를 자극하는 사운드 소스(예를 들어, 스피커) 또는 자극 패턴에 따라 광 신호로 검사 대상자를 자극하는 디스플레이가 또한 자극 디바이스로서 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 자기 공명 시스템의 이점은 본질적으로 앞서 상세히 기술한 본 발명에 따른 방법의 이점에 대응하고, 따라서 여기서 반복하지 않는다.

게다가, 본 발명은 프로그램가능 제어 디바이스 또는, 각각, 자기 공명 시스템의 컴퓨터의 메모리에 로드될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품(상세하게는, 소프트웨어)에 대해 기술하고 있다. 이 컴퓨터 프로그램 제품에 의해, 상기 컴퓨터 프로그램 제품이 제어 디바이스에서 실행될 때, 앞서 기술되어 있는 본 발명에 따른 방법의 모든 또는 다양한 실시예가 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 그로써 방법의 대응하는 실시예를 실현하기 위해 가능한 프로그램 수단(예를 들어, 라이브러리 및 보조 함수)을 필요로 한다. 환언하면, 상세하게는, 앞서 기술한 본 발명에 따른 방법의 실시예들 중 하나를 실행하는 데 사용될 수 있는 또는, 각각, 이 실시예를 실행하는 소프트웨어가 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 청구항에 의해 보호되어야만 한다. 소프트웨어는 그로써 여전히 컴파일되고 링크되어야만 하는 또는 인터프리트되기만 하면 되는 소스 코드(예를 들어, C++)이거나, 실행을 위해 대응하는 컴퓨터 또는, 각각, 제어 디바이스에 로드되기만 하면 되는 실행가능 소프트웨어 코드일 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 전자적 판독가능 제어 정보, 상세하게는, 소프트웨어가 저장되어 있는 전자적 판독가능 데이터 매체(예를 들어, DVD, 자기 테이프 또는 USB 스틱)를 개시하고 있다(상기 참조). 이 제어 정보(소프트웨어)가 데이터 매체로부터 판독되고 제어 디바이스 또는, 각각, 자기 공명 시스템의 컴퓨터에 저장될 때, 앞서 기술된 방법의 본 발명에 따른 모든 실시예가 구현될 수 있다.

본 발명에 따라 생성된 MR 영상을 통해 검출된 결과는, 상세하게는, (예를 들어, MR 영상에서 BOLD 효과가 보이는) "활성화된" 영역이 표시되어 있는 특징 맵의 형태로 제시될 수 있다. 그에 의해 위치 맞춤된 결과가 또한, 예를 들어, 규칙적인 세부 분할을 통해 상이한 영역(ROI)의 형태로 또는 장기에 적합하게 되어 있는 세그먼트 모델의 형태로 제시될 수 있다.

본 발명은, 상세하게는, 허혈의 검사를 위해 사람의 심장의 영역에서의 MR 영상을 생성하는 데 적합하다. 달리 말하면, 본 발명은 허혈 증세를 검출, 평가 및 정량화하는 데 사용될 수 있다. 그렇지만, 당연히, 본 발명은 이 바람직한 적용 분야로 제한되지 않는데, 그 이유는 본 발명이 또한 (예를 들어) 검사 대상자의 다른 내장 기관 또는 근육 조직의 MR 영상을 생성하는 데도 사용될 수 있기 때문이다.

이하에서, 본 발명이 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 사용하여 상세히 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 공명 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 검사 대상자의 체적 세그먼트의 MR 영상을 생성하는 본 발명에 따른 작업 흐름을 나타낸 도면.

도 1은 (자기 공명 영상화 또는, 각각, 핵자기 공명 단층 촬영 장치의) 자기 공명 시스템(5)의 개략도를 나타낸 것이다. 그에 의해, 기본 자계 자석(1)은 대상자(O)의, 예를 들어, 검사를 받아야 하는 환자 - 이 환자는 자기 공명 시스템(5)에서의 테이블(23)에 누워있는 동안 검사됨 - 의 심장의 체적 세그먼트에서의 핵 스핀의 편극 또는, 각각, 정렬을 위한 시간적으로 일정한 강한 자계를 발생한다. 핵자기 공명 측정에 요구되는 기본 자계의 높은 균일성은 검사되어야 하는 사람 신체의 일부가 배열되어 있는 통상적으로 구형인 측정 체적 M에서 정의된다. 강자성 물질로 이루어진 보정 플레이트(shim plate)라고 하는 것이 균일성 요건을 지원하기 위해 그리고, 상세하게는, 시간적으로 불변인 영향을 제거하기 위해 적당한 지점에 부착되어 있다. 시간적으로 가변인 영향이 보정 코일(shim coil)(2)에 의해 제거된다.

3개의 부권선(sub-winding)으로 이루어져 있는 원통형 경사 자계 시스템(3)이 기본 자계 자석(1)에서 사용된다. 각각의 부권선은 직교 좌표계의 각자의 방향에서 선형(또한 시간적으로 가변인) 경사 자계를 발생하기 위해 대응하는 증폭기에 의해 전류를 공급받는다. 경사 자계 시스템(3)의 제1 부권선은 그로써 x 방향에서 경사 G_x를 발생하고; 제2 부권선은 y 방향에서 경사 G_y를 발생하며; 제3 부권선은 z 방향에서 경사 G_z를 발생한다. 증폭기는 경사 펄스의 시간이 정확한 발생을 위해 시퀀스 제어기(18)에 의해 활성화되는 디지털/아날로그 변환기를 포함하고 있다.

무선 주파수 전력 증폭기에 의해 방출되는 무선 주파수 펄스를 검사를 받아야 하는 대상자(O) 또는, 각각, 검사되어야 하는 대상자(O)의 영역의 핵의 여기 및 핵 스핀의 정렬을 위한 교번 자계로 변환하는 하나 이상의 무선 주파수 안테나(4)가 경사 자계 시스템(3) 내에 위치되어 있다. 각각의 무선 주파수 안테나(4)는 구성요소 코일의 환상(유리하게도 선형 또는 매트릭스 모양의) 배열의 형태로 되어 있는 하나 이상의 RF 전송 코일 및 하나 이상의 RF 수신 코일을 포함하고 있다. 세차운동하는 핵 스핀(precessing nuclear spin)으로부터 방출되는 교번 자계 - 즉, 보통은 하나 이상의 무선 주파수 펄스 및 하나 이상의 경사 펄스로 이루어져 있는 펄스 시퀀스에 의해 야기되는 핵 스핀 에코 신호 - 도 역시, 각자의 무선 주파수 안테나(4)의 RF 수신 코일에 의해, 증폭기(7)를 통해 무선 주파수 시스템(22)의 무선 주파수 수신 채널(8)에 공급되는 전압(측정 신호)으로 변환된다. 무선 주파수 시스템(22)은 또한 핵자기 공명의 여기를 위해 무선 주파수 펄스가 발생되는 전송 채널(9)을 포함하고 있다. 각자의 무선 주파수 펄스는 그에 의해 시퀀스 제어기(18)에서, 시스템 컴퓨터(20)에 의해 사전 결정되는 펄스 시퀀스에 기초한 일련의 복소수로서 디지털적으로 표현된다. 이 숫자 시퀀스는 실수부 및 허수부로서 각자의 입력(12)을 통해 무선 주파수 시스템(22) 내의 디지털/아닐로그 변환기에 그리고 상기 디지털/아날로그 변환기로부터 전송 채널(9)에 공급된다. 전송 채널(9)에서, 펄스 시퀀스가 중심 주파수에 대응하는 기저 주파수(base frequency)를 가지는 무선 주파수 반송파 신호 상에 변조된다.

전송 동작으로부터 수신 동작으로의 전환은 전송/수신 다이플렉서(diplexer)(6)를 통해 행해진다. 무선 주파수 안테나(들)(4)의 RF 전송 코일은 측정 체적 M 내로 핵 스핀의 여기를 위한 무선 주파수 펄스를 방사하고, 얻어진 에코 신호가 RF 수신 코일(들)을 통해 스캔된다. 그에 대응하여 획득된 핵자기 공명 신호는 무선 주파수 시스템(22)의 수신 채널(8')(제1 복조기)에서 중간 주파수로 위상 감응 복조(phase-sensitively demodulate)되고, 아날로그/디지털 변환기(ADC)에서 디지털화된다. 이 신호는 또한 0의 주파수로 복조된다. 0의 주파수로의 복조 및 실수부 및 허수부로의 분할은 디지털 영역에서의 디지털화 이후에 제2 복조기(8)에서 행해진다. MR 영상 또는, 각각, 3차원 영상 데이터 세트가 이러한 방식으로 획득된 측정 데이터로부터 영상 컴퓨터(17)에 의해 재구성된다. 측정 데이터, 영상 데이터 및 제어 파라미터의 관리는 시스템 컴퓨터(20)를 통해 행해진다. 제어 프로그램에 의한 지정에 기초하여, 시퀀스 제어기(18)는 각자의 원하는 펄스 시퀀스의 발생 및 대응하는 k-공간의 스캐닝을 모니터링한다. 상세하게는, 시퀀스 제어기(18)는 그에 의해 경사의 시간이 정확한 전환, 정의된 위상 진폭을 갖는 무선 주파수 펄스의 방출, 및 핵자기 공명 신호의 수신을 제어한다. 무선 주파수 시스템(22) 및 시퀀스 제어기(18)의 시간축(time base)은 합성기(19)에 의해 제공된다. MR 영상을 발생하는 대응하는 제어 프로그램[이 제어 프로그램은, 예를 들어, DVD(21)에 저장되어 있음]의 선택 및 발생된 MR 영상의 제시는 키보드(15), 마우스(16) 및 모니터(14)를 포함하는 단말기(13)를 통해 행해진다.

MR 데이터가 획득되는 동안, 환자 또는, 각각, 검사 대상자(O)는 자극 패턴에 따라 자기 공명 시스템(5)의 자극 디바이스(30)의 도움을 받아 자극되고, 따라서 MR 데이터로부터 재구성되는 MR 영상에서의 특정의 변화는 이 자극 패턴을 따른다.

더욱이, 참조 번호 10에 의해, 도 1은, 적어도 하나의 수신 코일 요소에 의해 획득되는 측정 신호를 수신하고 측정 신호를 평가하여 MR 데이터를 생성하기 위해, 경사 자계 시스템(3) 및 적어도 하나의 RF 안테나(4)를 제어하는 자기 공명 시스템(5)의 제어 디바이스를 나타내고 있다.

검사 대상자의 심장의 MR 영상을 생성하는 본 발명에 따른 작업 흐름이 도 2에 제시되어 있다.

단계(S1)에서, 검사 대상자가, 예를 들어, 광학적 또는 음향적 자극을 통해 자극되고, 여기서 이들 자극은 사전 정의된 자극 패턴을 따른다. 이 자극 동안, 단계(S2)에서, MR 데이터가 획득된다. 단계(S3)에서, 이들 MR 데이터에 기초하여 예비적 MR 영상이 생성된다. 그 다음 단계(S4)에서, BOLD 효과에 의해 야기되는 예비적 MR 영상에서의 신호 변화를 검출하기 위해 이들 예비적 MR 영상이 분석된다. 단계(S4)와 동시에, 단계(S5)에서, 예비적 MR 영상에서 다른 신호 변화가 검출된다. 신호 변화는 자극 패턴에의 의존성으로 인해 다른 신호 변화와 상이하다. 신호 변화가 자극 패턴과 가까운 상관 관계를 가지지만, 다른 신호 변화는 자극 패턴과 단지 약간의 상관 관계를 갖거나 상관 관계를 전혀 갖지 않는다.

단계(S6)에서, 다른 신호 변화(예비적 MR 영상 내에서의 간섭을 나타냄)가 예비적 MR 영상으로부터 제거되고, 그 결과 높은 콘트라스트/잡음비를 갖는 MR 영상을 발생한다.

Claims (14)

1. 생체 검사 대상자의 사전 결정된 체적의 자기 공명(MR) 영상 생성 방법으로서,
   생체 검사 대상자가 MR 데이터 획득 유닛 내에 위치되어 있는 동안, 상기 검사 대상자의 근육 조직 내에 생리적 변화를 생성하는 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하는 단계 - 상기 생리적 변화는 상기 정의된 자극 패턴을 따름 -;
   상기 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하는 동안 상기 근육 조직을 포함하는 상기 검사 대상자의 사전 결정된 체적으로부터 MR 데이터를 획득하기 위해 상기 MR 데이터 획득 유닛을 작동시키는 단계;
   컴퓨터화된 프로세서에 상기 획득된 MR 데이터를 제공하고, 상기 프로세서에서, 상기 정의된 자극 패턴에 기초하는 영상 생성 알고리즘을 실행함으로써 - 상기 영상 생성 알고리즘에서, 상기 생리적 변화로 인해 발생하는 MR 영상 내의 신호 변화는 상기 정의된 자극 패턴 외의 소스로 인해 발생하는 MR 영상 내의 신호 변화로부터 분리됨 -, 상기 획득된 MR 데이터로부터 상기 생리적 변화가 표현된 상기 사전 결정된 체적의 MR 영상을 자동으로 생성하는 단계; 및
   상기 프로세서의 출력에서 상기 MR 영상을 데이터 파일의 전자적 형태로 이용가능하도록 하는 단계
   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 검사 대상자에 의약 물질을 제공하는 패턴, 상기 검사 대상자를 기계적으로 자극하는 패턴, 상기 검사 대상자를 정신적으로 자극하는 패턴 및 상기 검사 대상자에 감각적 또는 정신적 영향을 가지는 외부 환경의 변화의 패턴을 포함하는 그룹으로부터 선택된 상기 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하는 단계를 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 영상 생성 알고리즘에서, 상기 정의된 자극 패턴을 따르는 상기 MR 영상 내의 변화를 검출함으로써, 상기 생리적 변화로 인해 발생하는 상기 MR 영상 내의 상기 신호 변화를 검출하는 단계;
   상기 영상 생성 알고리즘에서, 상기 정의된 자극 패턴을 따르지 않는 상기 MR 영상 내의 부가 변화를 검출함으로써 상기 자극에 의해 야기되지 않은 상기 MR 영상 내의 상기 신호 변화를 검출하는 단계; 및
   상기 MR 영상 내의 상기 부가 변화의 영향을 제거하는 보정과 함께 상기 MR 영상을 생성하고, 그로써 상기 MR 영상의 콘트라스트/잡음비를 증가시키는 단계
   를 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 영상 생성 알고리즘에서 상기 MR 영상 내의 상기 변화에 통계적 분석을 적용함으로써 상기 정의된 자극 패턴을 따르는 상기 MR 영상 내의 상기 변화 및 상기 정의된 자극 패턴을 따르지 않는 상기 MR 영상 내의 상기 부가 변화를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 MR 영상의 서브-영역들만을 평가함으로써 상기 정의된 자극 패턴을 따르는 상기 MR 영상 내의 상기 변화 및 상기 정의된 자극 패턴을 따르지 않는 상기 MR 영상 내의 상기 부가 변화를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 정의된 자극 패턴에 부가적으로 상기 검출된 MR 데이터에 영향을 미치는 특성 변수를 검출하는 단계; 및
   상기 검출된 특성 변수에 기초하는 상기 MR 영상 내의 변화를 식별함으로써 상기 정의된 자극 패턴을 따르는 상기 MR 영상 내의 상기 변화 및 상기 정의된 자극 패턴을 따르지 않는 상기 MR 영상 내의 상기 부가 변화를 추가적으로 검출하는 단계
   를 포함하는 방법.
7. 제3항에 있어서, 혈중 산소(blood oxygenation) 및 유체 흐름 중 적어도 하나에 의해 영향을 받는 상기 MR 영상 내에서의 특징들을 사용하여 상기 정의된 자극 패턴을 따르는 상기 MR 영상 내의 상기 변화 및 상기 정의된 자극 패턴을 따르지 않는 상기 MR 영상 내의 상기 부가 변화를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 영상 생성 알고리즘에서, 움직임 보정을 실행하는 단계 및 상기 MR 영상 내에 상기 움직임 보정을 구현하는 단계를 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 영상 생성 알고리즘에서, 상기 MR 데이터의 공간적 필터링 및 시간적 필터링 중 적어도 하나를 실행하는 단계를 포함하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 싱글 샷 에코 평면 영상화(single shot echo planar imaging) 시퀀스, FLASH(Fast Low Angle Shot) 시퀀스 및 TrueFISP(True Fast Imaging with Steady State Precession) 시퀀스를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 펄스 시퀀스(pulse sequence)로 상기 MR 데이터 획득 유닛을 작동함으로써 상기 MR 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 방법.
11. 자기 공명(MR) 시스템으로서,
    MR 데이터 획득 유닛;
    생체 검사 대상자의 근육 조직 내에 생리적 변화를 생성하는 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하는 자극 패턴 소스 - 상기 생리적 변화는 상기 정의된 자극 패턴을 따름 -;
    상기 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하는 동안 상기 근육 조직을 포함하는 상기 검사 대상자의 사전 결정된 체적으로부터 MR 데이터를 획득하기 위해, 상기 검사 대상자가 상기 MR 데이터 획득 유닛 내에 위치되고 상기 정의된 자극 패턴으로 자극되는 동안, 상기 MR 데이터 획득 유닛을 작동시키도록 구성된 제어 유닛; 및
    상기 획득된 MR 데이터를 제공받는 컴퓨터화된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 정의된 자극 패턴에 기초하는 영상 생성 알고리즘을 실행함으로써 - 상기 영상 생성 알고리즘에서, 상기 생리적 변화로 인해 발생하는 MR 영상 내의 신호 변화는 상기 정의된 자극 패턴 외의 소스로 인해 발생하는 MR 영상 내의 신호 변화로부터 분리됨 -, 상기 획득된 MR 데이터로부터 상기 생리적 변화가 표현된 상기 사전 결정된 체적의 MR 영상을 자동으로 생성하도록 구성되고,
    상기 프로세서는 상기 프로세서의 출력에서 상기 MR 영상을 데이터 파일의 전자적 형태로 이용가능하게 하도록 구성되는, 자기 공명 시스템.
12. 프로그래밍 명령들로 인코딩된 비일시적인 컴퓨터-판독가능 데이터 저장 매체로서, 상기 저장 매체는 자기 공명(MR) 시스템의 컴퓨터화된 제어 및 평가 시스템으로 로딩되고, 상기 MR 시스템은 MR 데이터 획득 유닛을 포함하고, 상기 프로그래밍 명령들은 상기 제어 및 평가 시스템으로 하여금,
    생체 검사 대상자가 상기 MR 데이터 획득 유닛 내에 위치되어 있는 동안, 상기 검사 대상자의 근육 조직 내에 생리적 변화를 생성하는 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하고 - 상기 생리적 변화는 상기 정의된 자극 패턴을 따름 -;
    상기 정의된 자극 패턴으로 상기 검사 대상자를 자극하는 동안 상기 검사 대상자의 상기 근육 조직으로부터 MR 데이터를 획득하기 위해 상기 MR 데이터 획득 유닛을 작동시키고;
    상기 정의된 자극 패턴에 기초하는 영상 생성 알고리즘을 실행함으로써 - 상기 영상 생성 알고리즘에서, 상기 생리적 변화로 인해 발생하는 MR 영상 내의 신호 변화는 상기 정의된 자극 패턴 외의 소스로부터 발생하는 MR 영상 내의 신호 변화로부터 분리됨 -, 상기 획득된 MR 데이터로부터 상기 생리적 변화가 표현된 상기 근육 조직의 MR 영상을 자동으로 생성하고;
    상기 제어 및 평가 시스템의 출력에서 상기 MR 영상을 데이터 파일의 전자적 형태로 이용가능하도록 하게 하는, 비일시적인 컴퓨터-판독가능 데이터 저장 매체.
13. 제1항에 있어서,
    상기 생리적 변화는 상기 검사 대상자의 상기 사전 결정된 체적 내의 상기 근육 조직 내의 혈중 산소 레벨의 변경인, 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 검사 대상자의 심장을 포함하도록 상기 사전 결정된 체적을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 근육 조직은 심장 근육 조직인, 방법.

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