KR101709806B1 - Ｍｒｉ를 위한 방법, 시스템, 및 방법 및 시스템의 사용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MRI 또는 NMR 분광법을 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 단계로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 단계; 및 방출된 뭔 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 단계로서, 상기 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하는 단계를 포함하고, 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 제 1 강조 블록 및 제 2 강조 블록 중 적어도 하나의 세기가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고, tm에 따른 초기 신호 감쇄 비율의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하도록 분석된다.

Description

ＭＲＩ를 위한 방법, 시스템, 및 방법 및 시스템의 사용{METHOD AND SYSTEM FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING, AND USE THEREOF}
본 발명은 일반적으로 NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 및 MRI(Magnetic Resonance Imaging)에 관한 것이다.
본 발명의 일반적인 지식은 PCT 출원 WO2008/147326에 개시되며, 상기 출원은 여기에서 참조로 도입된다.
확산 NMR은 자기-확산 계수를 결정하기 위해 40년 동안 사용되어 왔고, 응집체 사이즈, 분자가 이동하는 매질의 투과성 및 확산하는 종과 더 큰 분자 또는 다공성 매트릭스 간에 발생하는 결합 사건에 관하여 해석될 수 있다. 대부분의 종래 확산 NMR 기술은 펄스들 사이의 시간 중 발생하는 변위에 대해 NMR 무선 주파수 신호를 라벨링하도록 자기장 구배 펄스의 쌍들을 포함하는 확산 인코딩 블록을 필요로 한다. 확산 NMR 기술 및 분석 방법은 생체외에서 적용될 뿐만 아니라, 뇌경색, 수초변성(demyelinization) 장애 및 종양과 같은 병리학적 조건의 검출을 위해 의료용 MRI에서도 적용된다. 일부 경우, 특히 뇌졸중에 있어서, 확산을 기반으로 하는 이미지 대비는 핵 이완 비율 R1 및 R2를 기반으로 하는 전형적인 대비의 모드보다 유용한 정보를 제공한다.
상이한 이완/확산 특성을 갖는 구획들 간의 물 교환 비율은 조직 내의 병리적인 조건에 대한 잠재적으로 유용한 표지이다. 확산의 기능으로서 수행되는 확산 NMR 실험은 교환의 비율을 평가하도록 Karger 모델을 사용하여 분석될 수 있다(Karger, J., H. Pfeifer 및 W. Heink. 1998. Principles and applications of self-diffusion measurements by nuclear magnetic resonance. Adv. Magn. Reson. 12:1 - 89). 분석은 교환에 대한 NMR 신호의 약한 의존에 의해 방해된다.
P.T.Callaghan 및 I.Furo의 공개문헌, Diffusion-diffusion correlation and exchange as a signature for local order and dynamics. J.Chem.Phys.120(2004) 4032-4038 및 K.E.Washburn 및 P.T.Callaghan의 공개문헌, Tracking pore to pore exchange using relaxation exchange spectroscopy. Phys.Rev.Lett.97(2006) 175502.은 교환 프로세스의 실험에 대한 2차원 NMR 실험을 개시한다. 확산 교환 분광법 및 이완 교환 분광법으로 알려진 방법은 이차원 역 라플라스 변환을 사용하여 혼합 시간 및 신호 분석에 의해 분리되는 두 개의 독립적으로 증가되는 이완/확산 강조 블록을 사용한다. 하지만, 심각한 약점은 2차원 역 라플라스 변환을 위해 요구되는 많은 양의 데이터를 획득하기 위해 기구가 과도한 시간을 필요로 하는 것이며, 따라서, 제한된 환자와 함께 피험자를 연구하기 위한 방법을 비현실적으로 만든다.
요약하자면, 지금까지 종래에 이용 가능한 교환 비율을 평가하는 확산 NMR 방법은 매우 시간 소비적일 뿐만 아니라, 평가된 파라미터와 실험적인 데이터 내의 정보(Karger) 사이의 단지 약한 의존성을 갖는 커브-피팅에 의존한다. 교환 시간을 획득하기 위해 사용될 수 있는 다른 공지된 방법은 광 산란, 현미경, 흡수 분광법 및 X-선을 사용하여 표지 분자의 확산을 관찰하는 것과 같은 침습성 방법이다. 이것은 독성으로 인한 위험으로 인해 체내에서 사용되기 어려울 뿐만 아니라, 조직 및 체내 유체가 도입되는 표지에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 누구도 장담할 수 없다.
하지만, PCT 출원 WO2008/147326은 전술한 문제점을 해결하는 방법을 개시한다. PCT 출원 WO2008/147326에 따른 방법은 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 펄스 시퀀스를 방출하는 단계로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 단계; 상기 물체를 향해 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 단계; 방출된 무선 주파수 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 검출하는 단계 및 자기 공명 신호를 처리하는 단계를 포함한다.
또한, PCT 출원 WO2008/147326에 따른 방법은, 상기 구배 펄스 시퀀스가 상치 물체의 확산 계수의 분산의 적어도 일부를 감소시키도록 구성되는 필터 블록(제 1 확산 강조 블록) 및 상기 필터 블록을 방출한 후 기결정된 시간에 발생하는 확산 인코딩 블록(제 2 확산 강조 블록)을 포함하고, 상기 처리하는 단계는 기결정된 자기 공명 신호의 일부와 상기 자기 공명 신호의 일부를 비교하는 단계를 포함하여, 비교된 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
PCT 출원 WO2008/147326에 따른 방법은 몇 가지 장점을 갖는다. PCT 출원 WO2008/147326의 발명에 따른 일반적인 해결책은 확산 실험상에서 필터로서 구배 펄스의 시퀀스를 이용한다는 것이다. 그에 따라, 동일한 분자는 개별적으로 분석되고, 어떻게 분자의 확산이 제한되는 지를 기반으로 하여 구분될 수 있다. 다양한 구획들 간의 교환의 비율은 다수의 특정 실시예에 따른 본 발명을 사용하여 획득 가능한 중요한 파라미터이다. 더욱이, PCT 출원 WO2008/147326에 따른 방법은 조직과 같은 물질의 MRI 연구를 위해, 교환 비율이 위치의 함수에 따라 달라지는 새로운 대비 모드를 제안한다.
또한, PCT 출원 WO2008/147326에 따른 방법이 갖는 다른 장점은, 예컨대, MRI 내의 대비를 위한 수단과 같이, 발명이 생체내에서 사용되는 것을 가능하게 하도록, 요구되는 전체 실험 시간 지속시간이 짧아진다는 것이며, 일부 경우, 대비가 교환 비율의 차이에 의존하는 곳에서 실현 가능한 교환 비율 결과 및 이미지 제공 가능성을 획득하기 위해 다른 실험으로부터 연구된 분자의 형상 및 확산 계수와 같은 배경 정보가 필요하지 않다.
하지만, PCT 출원 WO2008/147326에 개시된 방법 및 프로토콜, 및 캘러헌(Callaghan)의 프로토콜 역시 문제점이 있다.
하나의 그러한 문제점은, 이러한 프로토콜들이 모든 MRI 기구 상에 적용 가능하지 않다는 사실이다. 오늘날 사용되는 표준 MRI 스캐너 중 일부는 전역 두 컴포넌트 피트 또는 ILT 분석 등에 적용되도록, 예컨대 WO2008/147326에 따른 방법을 위해 충분한 데이터를 획득할 수 없다.
임상(clinical) MRI가 갖는 또 다른 문제점은 일반적으로 높은 노이즈 레벨이다. WO2008/147326에 따른 큰 데이터 획득으로 인해, 노이즈는 실제로 큰 문제점이 될 수 있다.
본 발명의 하나의 목적은 MRI를 위한 방법을 제공하는 것이고, 상기 방법은 오늘날 사용되는 표준 임상 전신 MRI 스캐너와 같은 광범위한 MRI 스캐너에 적용 가능하다. 본 발명의 또 다른 목적은 노이즈에 의해 큰 영향을 받는 MRI를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 MRI를 위한 방법, 시스템, 및 방법 및 시스템의 사용을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적은 MRI 또는 NMR 분광법을 위한 방법에 의해 해결되며, 상기 방법은, 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 단계로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 단계; 및 방출된 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 단계를 포함하고, 상기 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하고, 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 상기 제 1 강조 블록 및 상기 제 2 강조 블록 중 적어도 하나의 세기가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고, tm에 따른 초기 신호 감쇄 비율의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하도록 분석된다.
WO2008/147326에 설명된 종래의 프로토콜과 비교하여, 교환에 대한 정보를 얻기 위해 더 적은 신호 감쇄를 필요로 한다. 확산 강조의 경우에 대하여, 더 적은 신호 감쇄는 대응하는 더 낮은 값의 확산 강조 파라미터(b) 및 구배 진폭(G)이사용될 수 있음을 의미한다. 따라서, 프로토콜은 임의의 임상 MRI 스캐너뿐만 아니라, 매우 높은 최대 구배 강도(>40 mT/m)를 갖는 대부분의 종래의 MRI 스캐너 상에서 구현될 수 있다. 또한, 더 낮은 신호 감쇄는 신호가 노이즈에 의해 더 적게 영향을 받음을 의미한다.
도 1은 확산 강조 NMR 또는 MRI를 위한 종래에 공지된 일반적인 펄스 시퀀스를 도시한다.
도 2는 빠름 확산과 느린 확산을 갖는 컴포넌트들 사이에서 분자 교환을 위해 NMR 또는 MRI를 인코딩하기 위한 펄스 시퀀스의 개략적인 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 서로 다른 용액 및 세포 상에서 수행된 실험 데이터를 도시한다.
확산 강조 NMR 또는 MRI을 위한 종래에 공지된 일반적인 펄스 시퀀스가 도 1에 도시된다. 확산 강조(diffusion weighting, DW) 블록은 검출 블록 전에 삽입되고, 그에 따라 NMR 또는 MRI 내의 각각의 픽셀을 위한 각각의 주파수 채널 내의 강도의 감쇠(attenuation)에 의존적인 분자 움직임을 유발한다. DW 블록은 일반적으로 한 쌍의 구배 펄스로 구성되고, 보다 일반적으로 직사각형, 사다리꼴 또는 사인 곡선형으로 구성되고, 미리 적용된 구배 펄스에 의해 유발되는 위상 편이를 반전시키는 180 °무선주파수(RF)를 리포커싱(refocusing)함으로써 분리된다. 제 1 및 제 2 구배 펄스는 각각 디포커싱(defocusing) 및 리포커싱 펄스를 나타낸다. 가장 간단하고 효과적인 구배 형상은 도 1에 확대되어 도시된다. NMR에 대한 검출 블록은 일반적으로 자유 세차운동 중 시간 영역(time domain) 신호에 대한 기록을 포함하고, 푸리에 변환(FT) 후 NMR 스펙트럼을 산출한다. MRI 적용을 위해, 검출 블록은 하나의 또는 구배의 시리즈 또는 RF 에코(echo)로 구성되고, FT 후 1D, 2D 또는 3D 이미지를 산출한다. 일반적인 검출 방식은 EPI(echo planar imaging), FSE(fast spin echoes), 나선형 이미징(spiral imaging), 프로펠러 이미징(propeller imaging) 등을 제한 없이 포함한다.
DW 블록의 신호 감쇠는 흔히 다음과 같은 수학식 1에 의해 확산 민감 변수(b) 및 자기-확산 계수(D)를 사용하여 기록된다.
Figure 112011101180973-pct00001
여기에서 I는 검출되는 신호 강도이고, I0는 제로 구배 강도에서의 신호 강도이다. b 값은 다음의 수학식 2에 의해 계산된다.
Figure 112011101180973-pct00002
직사각형 구배 펄스에 대한 b 값은 다음의 수학식 3으로 평가된다.
Figure 112011101180973-pct00003
여기에서, γ는 자기 회전비(magnetogyric ratio)이고, G는 구배 펄스의 진폭이고, δ는 구배 펄스의 지속시간이고, Δ는 구배 펄스들의 전연(leading edge)들 간의 분리이다.
D는 다음 수학식 4를 통해 평균 제곱 변위 <Z2>과 관련된다.
Figure 112011101180973-pct00004
여기에서 t는 확산이 측정되는 동안의 시간 간격이다.
짧은 구배 펄스의 제한에서, 펄스 중 분자 변위는 펄스와 시스템의 구조적인 길이 스케일 간의 시간 중 변위와 비교하면 굉장히 작고, <Z2>는 다음의 수학식 5를 사용하여 DW 블록에 의해 유도되는 신호 감쇠로부터 평가될 수 있다.
Figure 112011101180973-pct00005
여기에서, q는 디포커싱 구배 펄스에 의해 유도되는 자화 나선의 파수 벡터(wave vector)이다. q의 값은 다음의 수학식 6에 의해 디포커싱 구배 펄스의 영역에 의해 정해진다.
Figure 112011101180973-pct00006
수학식 6은 직사각형 구배 펄스에 대하여 다음의 수학식 7과 동일하다.
Figure 112011101180973-pct00007
가우시안(Gaussian) 확산을 사용하는 시스템에 대하여, 수학식 5는 평가된 <Z2>이 직사각형 구배 펄스에 대하여 다음의 수학식 8에 의해 정해지는 유효 확산 시간(td) 중 발생하는 변위를 말하는 경우, 여전히 유효하다.
Figure 112011101180973-pct00008
비-가우시안 확산을 사용하는 시스템에 대해서도, <Z2>은 위에서 정의된 바와 같이 짧은 구배 펄스의 조건 하에서, 신호의 초기, 낮은-q, 감쇠로부터 평가될 수 있다. 유한한 길이를 갖는 구배 펄스의 경우, 그러한 구배 펄스는 E=I/I0의 초기, 낮은-G, 감쇄(decay)로부터 겉보기 평균 제곱 변위 <Z(δ,Δ)2> 및 대응하는 겉보기 확산 계수 D(δ,Δ)를 정의할 수 있다:
Figure 112011101180973-pct00009
Figure 112011101180973-pct00010
구형 세포 내의 확산
반경 r을 갖는 구형 공동 내에서 용적 확산 계수(D0)을 갖는 유체에 대하여, <Z(δ,Δ)2>는 다음의 수학식 11과 같이 도시되는 WO2008/147326에 따를 수 있다.
Figure 112011101180973-pct00011
여기에서 αm은 다음의 수학식 12의 핵심이다.
Figure 112011101180973-pct00012
수학식 11에서 지수의 시리즈 확장을 함으로써, 다음과 같은 제한 거동이 획득된다:
Figure 112011101180973-pct00013
Figure 112011101180973-pct00014
Figure 112011101180973-pct00015
Figure 112011101180973-pct00016
Figure 112011101180973-pct00017
제한 및 비-제한된 경우는 짧은 td에서 일치한다. 제한된 경우에 대하여, 상한은 긴 td 및 짧은 δ에서 도달된다. DW 블록이 비-제한된 컴포넌트로부터 신호를 제거하도록 필터로서 사용되는 경우 δ 및 Δ는 자유 컴포넌트 및 제한된 컴포넌트 간의 <Z(δ,Δ)2>1/2의 차이를 최소화시키도록 선택되고, 컴포넌트들 간의 교환을 위한 특성 시간 보다 훨씬 더 짧게 δ 및 Δ를 유지시킨다. 상기 수학식은 DW 필터의 합리적인 설계를 가능하게 만든다.
세포외 컴포넌트와 세포내 컴포넌트 간의 분자 교환
세포내 구획의 분자 수와 세포외 구획의 분자의 수(ni 및 ne)의 비율은 평형 상수 K이다:
Figure 112011101180973-pct00018
세포내 유체 및 세포외 유체 내의 자기-확산은 확산 계수 Di ,0 및 De를 사용하여 발생한다. 편의를 위해, 구형 세포의 존재로부터 비롯되는 세포외 유체의 차단 효과는 De에 포함된다. 세포내 부분의 유효 확산 계수 Di는 수학식 10 및 11에 따른 δ 및 Δ의 값에 의존한다. 분자 교환은 투과성(P)을 갖는 세포막을 가로질러 수행된다. 외부 및 내부 교환 비율(ki 및 ke)는 다음의 수학식 19 및 20에 의해 정해진다.
Figure 112011101180973-pct00019
Figure 112011101180973-pct00020
교환 비율은 다음의 수학식 21을 통한 세포내 및 세포외 상의 평균 체류 시간(τi 및 τe)과 관련된다.
Figure 112011101180973-pct00021
거시적인 접근을 사용하여, DW 블록 중 신호 감쇠는 세포내 및 세포외 상 내의 자화(Mi 및 Me)에 대한 미분 방정식을 해결함으로써 계산될 수 있다.
Figure 112011101180973-pct00022
상기 세포내 및 세포외 상 내의 자화(Mi 및 Me)는 다음과 같은 수학식 23의 초기 조건을 사용한다.
Figure 112011101180973-pct00023
여기에서, M0는 평형에서의 총 자화이다. 수학식 22는 확산 계수 Di 및 De를 갖는 두 개의 상에서의 가우시안 확산을 가정한다. 두 개의 상들 사이의 교환은 비율 상수 ki 및 ke로 발생한다. 수학식 22에서는 시스템의 거시적인 기하학적 구조에 대한 참조가 없다. 짧은 구배 펄스 근사치 내에서, 시간 t1에서 세포내 및 세포외 자화(Mi ,1 및 Me ,1)에 대한 수학식 22에 대한 해결은 다음과 같다.
Figure 112011101180973-pct00024
여기에서, A, B, C는 다음과 같다.
Figure 112011101180973-pct00025
총 NMR 신호는 Mi 및 Me의 합에 비례하고, 비율 I/I0는 (Mi ,1 + Me ,1)/(Mi ,0 + Me,0)와 동일하다.
수학식 24의 다음의 수정은 구형 세포 및 연속 매질 간의 교환을 위해서도 유효하고, 유한한 길이의 구배 펄스를 갖게 하기 위해 수행된다: Di는 수학식 10 및 11을 사용하여 계산되고, 지수에서의 Δ는 td로 대체된다. 이러한 수정은 δ<<τi, τe인 한 정확하게 예측된다. 유도된 표현은 예컨대, δ 및 Δ의 값의 넓은 범위에 걸쳐 이스트(yeast) 세포의 충진된 침전물 내의 물에 대해 확산 강조를 정확하게 나타낼 수 있다. 지수 데이터 산출에 수학식 24를 적합하게 맞추는 것은 교환을 위한 시간 스케일을 평가하지만, 교환 시간에 대해 실험적으로 측정된 신호 강도의 의존성은 상당히 약하기 때문에, 이러한 접근은 임상 적용을 위해서는 실현 가능하지 않다.
DW 필터 : 세포외 신호 제거
전술한 모델 및 Di ,0, De, r, K 및 P의 값에 대한 합리적인 가정을 사용하는 것은, 세포내 컴포넌트로부터의 신호를 유지시키면서, 세포외 컴포넌트로부터 발신된 신호를 제거하도록 설계되는 {δ, Δ, G} 파라미터 세트를 신중하게 선택하는 것을 가능하게 할 수 있다. 보다 효율적으로, 반복적인 수치적(numerical) 절차는 세포내 컴포넌트의 주어진 감쇠에 대해 세포외 컴포넌트로부터의 신호를 최소화하는 세트 {δ, Δ, G}를 찾기 위해 사용될 수 있다.
수치적 방법은 조건 δ<<τi, τe이 만족되지 않는 경우 또는 구배 변조가 직사각형인 경우보다 복잡한 경우, 수학식 22를 해결하기 위해 WO2008/147326에 따라 사용될 수 있다.
확산-확산 교환
빠른 확산 및 느린 확산을 갖는 컴포넌트들 간의 분자 교환을 위해 NMR 또는 MRI를 인코딩하기 위한 펄스 시퀀스의 개략적인 도면이 도 2에 도시된다. 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록에 의해 분리된 두 개의 확산 강조 블록(DW1 및 DW2)은 신호 검출에 선행한다. 도 2의 각각의 DW 블록은 동일한 제약이 따르며, 도 1의 DW 블록과 유사한 방식으로 분석될 수 있다. 시간 포인트(t0, t1, t2 및 t3)가 도면에 표시된다. 이러한 시간 포인트(tn) 각각에 대하여, 세포내, 세포외 및 총 자화(Mi ,n, Me,n 및 Mn = Mi ,n + Me ,n)의 진폭을 각각 판단할 수 있다. t0 내지 t1의 기간 동안 자화의 변화는 수학식 24로 주어진다.
핵 이완(relaxation) 프로세스를 방치하여, 혼합 블록의 효과는 세포내 컴포넌트와 세포외 컴포넌트 간의 자화를 재분배하도록 하고, 총 자화를 보호한다(즉, M2 = M1). 혼합 시간 후 총 자화에 대한 상대적인 기여는 다음의 수학식 26으로 나타날 수 있다.
Figure 112011101180973-pct00026
DW2 블록, 즉, t2 내지 t3 사이의 기간 중 자화(Mi 및 Me)의 진전은 다시 수학식 24에 의해 주어진다. 따라서 Mi ,3 및 Me ,3은 수학식 24, 그 다음 수학식 26, 최종적으로 수학식 24의 적용에 의해 계산될 수 있다. DW1-혼합-DW2 시퀀스 이후 신호에 대한 이론상 표현은 새로운 프로토콜의 합리적인 설계를 위해 필수적일 수 있다.
일반화
상기 분석은 두 개의 컴포넌트들 간의 교환에 포커싱된 간략성을 갖는다: 즉, 두 개의 컴포넌트 중 하나는 자유 확산, 그리고 다른 하나는 침투성 멤브레인 내의 구형 공동 내에 한정된다. 통상의 기술자는 상기 분석 및 아래에 서술되는 프로토콜이 확산 이외에 이완, 다른 기하학적 구조, 컴포넌트의 수 및 구배 변조 방식에서 일반화될 수 있음을 인식할 것이다.
캘러헌(Callaghan)의 프로토콜
도 2에 도시된 것과 동일한 일반적인 펄스 시퀀스는 캘러헌에 의해 종래에 도입되었다(Callaghan, Furo, J. Chem. Phys. 2004, 120, 4032). 캘러헌에 따른 방법은 아래의 방식으로 수행된다:
1) δ1 = δ2, Δ1 = Δ2 및 tm은 상수로 유지시키고, G1 및 G2를 독립적으로 변화시키며(일반적으로 16 x 16 = 256 분리 단계), 2D 역 라플라스 변환을 수행한다. 그 후 획득된 확산-확산 교환 2D 상관 스펙트럼에서 "교차 피크(cross peaks)"의 존재는 tm의 시간 스케일 상에서 교환을 나타낸다.
2) tm의 시리즈 대해 1)에서 설명된 프로토콜을 반복한다(일반적으로, 4 또는 8, 그 후, 16x16x8=2048 분리 단계를 산출함). (ki+ke)의 수치적 평가는 tm의 함수로서 교차 피크의 양의 변화에 대한 분석에 의해 획득된다.
캘러헌의 프로토콜과 WO2008 /147326에 따른 새로운 프로토콜의 비교
WO2008/147326에 따른 프로토콜은 캘러헌에 의해 도입되는 프로토콜과 차이가 있다.
각각의 DW 블록을 파라미터가 각각의 DW 블록을 설명하는 방식이 달라지고, 데이터를 분석하고, 그에 따라 동일한 정보에 대한 실험 시간이 더 짧아지게 한다. 이러한 실험 시간의 감소는 임상 설정을 위한 실현 가능한 구현을 위해 결정적이다. WO2008/147326에서, 다음의 프로토콜이 제안된다:
1) 세포내 컴포넌트에 영향을 미치지 않고 세포외 컴포넌트를 가능한 많이 감소시키기 위한 {δ1, Δ1, G1}의 세트를 찾는다(예컨대, 훈련된 추측 또는 수치적 절차에 의함). 세포내 컴포넌트를 가능한 많이 보유하면서 세포외 컴포넌트를 완전히 감소시키기 위한 {δ2, Δ2, G2}를 찾는다. 예측된 교환 비율 및 핵 이완 시간을 기반으로 합리적인 혼합 지속시간(tm)을 선택한다. 파라미터 {δ1, Δ1, G1, tm, δ2, Δ2, G2}을 사용하여 이미지 1을 기록하고, {δ1, Δ1, G1=0, tm, δ2, Δ2, G2}을 사용하여 이미지 2를 기록한다. 이미지 2로부터 이미지 1을 감산함으로써 획득된 이미지의 차이는 단지 실험적인 변수에 의해 정의되는 시간 스케일 상의 분자 교환이 있는 경우에만 신호 강도를 산출한다. 이러한 프로토콜은 상기 캘러헌의 프로토콜 1)보다 100 시간 이상 짧은 실험 시간 동안에, 동일한 정보를 제공한다.
2) tm의 시리즈에 대해 1)에서 설명된 프로토콜을 반복한다. ki+ke의 수치적 평가는 tm의 함수로서 신호 강도의 변수의 분석에 의해 획득된다. 또한, 이러한 프로토콜은 상기 캘러헌의 프로토콜 2)보다 100 시간 이상 짧은 실험 시간 동안 제공된다.
3) G2 및 tm의 시리즈에 대해 {δ1, Δ1, G1, tm, δ2, Δ2, G2}를 사용하여 프로토콜을 반복한다(일반적으로 16x7=116 분리 단계). tm의 가장 작은 값에서 G2의 시리즈 및 G1=0을 사용하여 보완한다(일반적으로 16 단계). 이러한 후자의 시리즈(G2의 시리즈)는 WO2008/147326에 따라 평가된 파라미터의 정확성을 개선시킨다. 다음의 섹션에 따른 분석은 ki, ke 및 K를 평가한다.
데이터 평가
프로토콜 1) 및 2)에 대해 요구되는 데이터 평가는 간단한 반면(두 개의 이미지들 간의 차이를 얻고, 이미지 차이의 시리즈를 지수적으로 적합하게 피팅함(fitting)), 프로토콜 3)의 평가는 다소 복잡하다. 보다 진보된 분석은, 새로운 프로토콜 1) 및 2), 및 캘러헌의 프로토콜의 보다 많은 현상학적인 파라미터 대신에, 세포 미세 구조 및 역학에 직접적으로 관련된 파라미터를 평가함으로써 보다 합리화된다.
예컨대, 이스트 세포 침전물에 대하여, DW1 블록이 턴오프되는 경우(G1=0), NMR 신호의 구성 내의 느린(세포내) 컴포넌트 및 빠른(세포외) 컴포넌트 대 수학식 2에 의해 정의되는 b 사이에는 명백한 차이가 존재한다. 이러한 데이터 시리즈는 무한하게 긴 tm을 사용하여 획득되는 것과 동등하다. 그러한 측정은 신호가 핵 이완 프로세스로 인한 노이즈 레벨 아래로 감소되기 때문에 실제로 수행되는 것이 불가능하다. 빠른 컴포넌트는 DW1 블록이 턴온되는 경우(G1=0.30 Tm-1) 사라진다. tm의 증가는 느린 컴포넌트의 비용 상에 빠른 컴포넌트의 재현을 초래한다. 이러한 관찰은 세포내 컴포넌트와 세포외 컴포넌트 간의 분자 교환의 분명한 표시이다.
데이터 피팅 목적을 위해, WO2008/147326에 따라 수학식 24 내지 수학식 26을 다음과 같이 기록하는 것이 간편하다.
Figure 112011101180973-pct00027
여기에서, Xi ,n 및 Xe ,n은 다음과 같다.
Figure 112011101180973-pct00028
Figure 112011101180973-pct00029
상기 수학식 27 내지 수학식 29 및 아래의 모든 수학식에서, 상이한 tm을 사용하는 데이터 시리즈에 대해 관찰 가능하고 변화 가능한 In(b), Xi ,n, Xe ,n, Pn(D)<Dn>, tm ,n은 인덱스(index) n으로 라벨링된다. 위에서 합리화된 바와 같이, 시리즈 G1=0을 갖는 시리즈 n=0은 tm=∞를 갖는 시리즈로 취급된다. n=1로 라벨링된 데이터 시리즈는 tm=0을 말한다. 수학식 27에서, b는 DW2 블록을 말한다. 수학식 27에서처럼 이중지수를 사용하여 수학식 24를 대체하는 것은 τ1 및 τe가 각각의 DW 블록에서 δ 및 Δ보다 훨씬 긴 동안 양호한 것으로 예측되는 근사치이다. 수학식 28 및 29과 함께 수학식 27은 Di, De, k, Xi ,0, Xi ,1 및 조절 가능한 파라미터로서 I0 ,n의 세트를 사용하여 실험적인 데이터의 전체 세트에 피팅된다. 시스템 파라미터 K 및 ki는 다음의 수학식 30 및 31을 통해 파라미터 k 및 Xi , 0를 피팅하도록 연관된다.
Figure 112011101180973-pct00030
Figure 112011101180973-pct00031
전술한 바와 같이, WO2008/147326에 따른 전역 피트(global fit)는 평가된 파라미터의 가장 정확한 결과를 산출한다.
이스트 세포 침전물보다 복잡한 시스템에 대하여, 수학식 27에서의 이중지수 함수는 다른 다중지수 표현으로 대체될 수 있다. 대안적으로, 그러한 다중지수 표현은 다음의 수학식 32를 통해 신호 In(b)를 확산 계수 분포 Pn(D)에 관련시킬 수 있다.
Figure 112011101180973-pct00032
Pn(D)는 역 라플라스 변환(ILT) 알고리즘을 사용하여 실험적인 In(b)로부터 평가될 수 있다. tm의 함수로서 획득된 Pn(D) 내의 다양한 컴포넌트의 진폭의 변화는 수학식 28과 유사한 수학식을 사용하여 교환에 대해 분석될 수 있다. 안타깝게도 ILT 알고리즘은 불안정성이 크고, Pn(D)에서 때때로 넓게 변동하는 위치를 초래한다. WO2008/147326에 따르면, 이러한 문제는 커스토마이즈된 ILT 알고리즘에 의해 해결되었고, 피크 위치가 상이한 tm을 갖는 모든 시리즈에 대해 일정하게 유지되었다(하지만, 진폭은 아님). 모든 Pn(D)에 대한 고정된 피크 위치에 제약을 부과하는 것은 평가된 파라미터의 정확성을 개선시킨다. 각각의 Pn(D)에 대하여, Xi ,n은 세포내 및 세포외 컴포넌트에 대응하는 피크의 영역을 적분함으로써 평가된다. 후속 단계에서, k, Xi ,0 및 Xi ,1은 수학식 28을 데이터에 피팅함으로써 평가된다. 평가된 파라미터는 전술한 전역 피팅 절차의 결과와 잘 일치한다. ILT 분석 방법은 전역 피팅보다 일반적이지만, 수치해석 안정성을 개선시키기 위해, 더 많은 데이터 포인트 및 그에 따라 더 긴 실험 시간을 필요로 한다.
본 발명에 따른 특정 실시예의 서술
전술한 과제의 해결 수단으로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되는 것에 의해 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하도록 지시한다. 본 발명에 따라, 이것은 혼합 블록 전 및 후 강조 블록(즉, 제 1 및 제 2 강조 블록)의 서로 다른 타입을 사용함으로써 달성된다. 따라서, 본 발명의 일 특정 실시예에 따라, 다음과 같이 본 발명에 따른 방법이 제공되고,
제 1 강조 블록은 이완 강조 τ1를 갖는 제 1 이완 강조 블록이고, 제 2 강조 블록은 이완 강조 τ2를 갖는 제 2 이완 블록이고, 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 겉보기 이완 비율(apparent relaxation rate, R)을 획득하도록 τ1 및τ2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되거나; 또는
제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이고, 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 겉보기 확산 계수(apparent diffusion coefficient, ADC)를 획득하도록 b1 또는 b2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고;
tm에 따른 겉보기 이완 비율(R) 또는 겉보기 확산 계수(ADC)의 변화는 겉보기 교환 비율(apparent exchange rate, AXR)을 획득하도록 분석된다.
본 발명에 따른 이완 강조 블록의 경우, 이것은 확산 강조 블록의 경우와 같은 b1 또는 b2 대신에 이완 강조 변수 τ1 및τ2에 의해 정의될 수 있다. 이완 비율(R)은 임의의 종래에 공지된 핵 이완 비율 R1(세로 방향 또는 스핀-격자), R2(가로 방향 또는 스핀-스핀) 또는 R1p(회전형 프레임 내의 스핀-격자)을 말할 수 있다. 본 발명에 따라, 획득된 겉보기 교환 비율(AXR)은 이미지 대비(contrast)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 주 파라미터 AXR뿐만 아니라, 아래에서 설명될 σ(시그마), ADC, 및 이들 또는 이들의 조합에 의한 I0 ,n의 세트는 그레이스케일 또는 컬러 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있음을 인식하는 것은 중요하다. 예컨대, AXR은 적색 레벨, ADC는 그린 레벨, 시그마는 블루 레벨을 제공할 수 있다.
임상 MRI 스캐너 상의 제한된 구배 강도로 인해, 전술한 바와 같은 전역 두 컴포넌트 피팅 또는 ILT 분석을 허용하기 위해 상당히 높은 값의 b에 대한 데이터를 획득하는 것이 어렵다. 임상 MRI를 사용하는 또 다른 문제점은 일반적으로 높은 노이즈 레벨이다. 본 발명에 따른 확산 강조 블록을 사용하여 작동하는 경우, 수학식 33에 따라 In(b)의 초기 경사에 대한 분석을 제한할 수 있다.
Figure 112011101180973-pct00033
여기에서, 유효 감쇄 비율은 <Dn>에 의해 주어지고, Pn(D)의 평균값은 다음과 같다:
Figure 112011101180973-pct00034
두 개의 사이트 교환에 대하여, <Dn>은 다음의 수학식 35에 따라 지수적으로 평형값 <D0>에 접근한다.
Figure 112011101180973-pct00035
수학식 35의 표현은 수학식 28로부터 유도된다.
따라서, 본 발명의 일 특정 실시예에 따라, 확산 강조 블록을 사용하는 경우, 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이고, 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것의 제한은 다음의 수학식 36에 따라 만들어진다.
Figure 112011101180973-pct00036
여기에서, 변수 b는 b1 또는 b2 중 하나이고, <Dn>은 겉보기 확산 계수이다.
또한, 본 발명의 여전히 또 다른 특정 실시예에 따라, 자기-확산 계수(<Dn>)는 다음의 수학식 37에 따라 확산 계수 분산(Pn(D))의 평균값에 의해 주어진다.
Figure 112011101180973-pct00037
본 발명의 여전히 또 다른 실시예에 따라, tm ,n에 따른 <Dn>의 변화는 다음의 수학식 38에 따라 교환 비율(k)에 의존한다.
Figure 112011101180973-pct00038
여기에서 <D0>은 평형에서 <Dn>이고, <D1>은 tm ,n=0에서 <Dn>이다.
멀티-사이트 교환에 대해서도, 수학식 38과 함께 수학식 36은 tm을 갖는 NMR 신호의 진전에 양호한 근사치이다. 종래의 DW MRI에서 사용되는 겉보기 확산 계수(ADC)의 컨셉과의 유사점에서, k 값은 멀티-사이트의 경우 MRI에서 대비의 중요한 모드가 되도록 잠재력을 갖는 겉보기 교환 비율(AXR)로서 고려되어야 한다. 실험 데이터의 분석을 위해, 수학식 35를 사용하여 수학식 33은 다음과 같이 다시 작성된다.
Figure 112011101180973-pct00039
여기에서, ADC = <D0>이고, σ는 다음과 같다.
Figure 112011101180973-pct00040
σ는 범위 0<σ<1로 제한된다. 큰 값의 σ는 넓은 P(D) 및 유효 DW 필터에 대해 획득된다.
위에 개시된 내용과 함께, 본 발명의 일 특정 실시예에 따라, 인코딩, 검출 및 획득은 멀티-사이트 교환을 위해 만들어진다. 또 다른 특정 실시예에 따라, 멀티-사이트 교환에 대한 겉보기 교환 비율(AXR)은 다음과 같은 수학식 41에 따라 계산된다.
Figure 112011101180973-pct00041
여기에서, ADC = <D0>이고, σ는 다음과 같다.
Figure 112011101180973-pct00042
σ는 범위 0<σ<1로 제한된다.
본 발명은 상이한 물체, 예컨대 제올라이트(zeolite), 리포솜, 소포 또는 생물학적인 세포를 위해 사용될 수 있다.
또한, 확산 강조 블록을 사용하는 경우, 이러한 블록을 정의하는 파라미터는 상이한 구성으로 정리될 수 있다. 본 발명의 일 특정 실시예에 따라, 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이고, 다음 중 하나는 유효하다:
- b1은 온 또는 오프 모드에 있고, b2는 고정되고, tm은 고정된다.
- b2는 온 또는 오프 모드에 있고, b1은 고정되고, tm은 고정된다.
- b1은 온 또는 오프 모드에 있고, b2는 고정되고, tm은 변화한다.
- b2는 온 또는 오프 모드에 있고, b1은 고정되고, tm은 변화한다.
- b1은 고정되고, b2는 변화하고, tm은 변화하고, 이것은 b1이 0과 동일하고, tm이 고정되고, b2가 변화하는 시리즈에 의해 보상된다.
- b2는 고정되고, b1은 변화하고, tm은 변화하고, 이것은 b2가 0과 동일하고, tm이 고정되고, b1이 변화하는 시리즈에 의해 보상된다.
용어 "온 또는 오프 모드에 있다(in on or off mode)"는 여기에서, 온 또는 오프 모드에 있는 파라미터는 그러한 경우 단지 두 개의 값, 0(즉, 오프) 또는 다른 값(즉, 온)을 가질 수 있음을 의미한다. b1이 온 또는 오프 모드에 있고, b2 및 tm이 고정되는 경우, 본 발명에 따라 상이한 이미지를 달성하는 것이 가능하고, 그에 따라 (2x1x1)에 따른 트라이얼(trial)의 시리즈, 즉 두 개의 트라이얼을 수행함으로써 교환이 있는지 여부에 관련된 정보를 달성하는 것이 가능하다.
또 다른 예로서, b1이 온 또는 오프 모드에 있고, b2가 고정되고, tm이 변화하는 경우, 본 발명에 따라 상이한 이미지의 시리즈 및 그에 따른 교환 비율 (ki+ke)을 달성하는 것이 가능하다.
여전히 또 다른 예로서, b1이 고정되고, b2가 변화하고, tm이 변화하고, 그 후 b1이 0이고, tm이 고정되고, b2가 변화하도록 보상되는 시리즈의 경우, 본 발명에 따라 교환 비율(ki+ke) 및 부분 Xi , 0를 제공하는 전역 바이모달 피트(bimodal fit)로부터 교환 비율 ki를 달성하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 특정 실시예에 따라, 비대칭 펄스 쌍 또는 구배 변조가 필터 효율을 개선시키기 위해 사용되는 방법이 제공된다. 하지만, 효과적인 구배 변조의 시간 적분은 확산 강조 블록의 단부에서 0으로 평가되어야 한다.
본 발명의 일 특정 실시예에 따라, 수치적 최적화가 필터 효율을 증가시키기 위해 만들어진다.
본 발명의 여전히 또 다른 실시예에 따라, MIR 또는 NMR 분광법을 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 자기장이 적용되는 물체를 향하는 무선 주파수 및 구배 펄스 주파수를 방출하는 무선 주파수 및 구배 펄스 유닛으로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 무선 주파수 및 구배 펄스 유닛; 및 방출된 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 검출하는 검출 유닛를 포함하고,
무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하고,
검출 유닛은 제 1 강조 블록 및 제 2 강조 블록 중 적어도 하나의 세기가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되는 검출을 위해 제공되어, tm에 따른 초기 신호 감쇄 비율의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하도록 분석될 수 있다.
또 다른 특정 실시예에 따라, 본 발명에 따른 시스템이 제공되며,
제 1 강조 블록은 이완 강조 τ1을 갖는 제 1 이완 강조 블록이고, 제 2 강조 블록은 이완 강조 τ2를 갖는 제 2 이완 블록이고, 상기 물체로부터 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 겉보기 이완 비율(R)을 획득하도록 τ1 또는 τ2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되거나; 또는
제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이고, 상기 물체로부터 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 겉보기 확산 계수(ADC)를 획득하도록 b1 또는 b2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되어;
그 후 tm에 따른 겉보기 이완 비율(R) 또는 겉보기 확산 계수(ADC)의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하도록 분석될 수 있다.
또한, 또 다른 특정 실시예에 따라, 전술한 내용에 따른 시스템은 상기 자기 공명 신호를 기반으로 이미지를 생성하도록 구성되는 이미지 생성 유닛을 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따라, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 수단을 포함하는 의료용 워크스테이션이 제공된다.
또한, 특정 실시예에 따라, 체내에 살아있는 세포의 신진대사를 연구하거나, 세포막을 통한 약물의 막투과(transmembrane) 확산을 연구하기 위해, 질병 또는 장애를 진단하는 진단 기구로서 본 발명에 따른 방법, 시스템 또는 의료용 워크스테이션의 사용이 제공된다.
비록 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 여기에 개시된 특정 형태로 제한되도록 의도되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 제한되며, 그러한 첨부된 청구항의 범위 내에서 전술한 특정 실시예 이외에 다른 실시예도 실시 가능하다.
도면의 상세한 설명
도 1은 분자 확산에 대한 NMR 스펙트럼 또는 MR 이미지를 인코딩하기 위한 개략적인 펄스 시퀀스를 도시한다. 신호 강도는 신호 검출 이전에 확산 강조 블록(DW)에 의해 감쇄된다. DW 블록은 반대 유효 극성을 갖는 지속시간(δ) 및 진폭(G)의 한 쌍의 구배 펄스로 구성된다. Δ는 구배 펄스의 시작 시점들 간의 시간이다. DW 블록의 시작 및 종료 시점은 T0 및 T1으로 각각 라벨링된다. 확산 강조(b)는 수학식 3으로 주어진다.
도 2는 느린 확산 및 빠른 확산을 갖는 컴포넌트들 간의 분자 교환에 대한 NMR 스펙트럼 또는 MR 이미지를 인코딩하기 위한 개략적인 펄스 시퀀스를 도시한다.두 개의 확산 강조 블록(DW1 및 DW2)은 지속시간(tm)을 갖는 혼합 블록에 의해 분리된다. 각각의 DW 블록은 도 1에 도시된 확대부와 유사하다. 확산 강조(b)는 수학식 3을 사용하여 각각의 블록에 대해 계산될 수 있다. 시점 t0-t1, t1-t2 및 t2-t3 간의 세포내 및 세포외 자화(Mi ,1 및 Me ,1)의 진전은 각각 수학식 24, 26 및 24를 사용하여 계산될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 서로 다른 용액 및 세포에서 수행된 실험 데이터를 도시한다. 정규화된 MR 신호 강도 대 DW2 확산 강조 블록의 확산 강조(b)가 모든 그래프 (a) 내지 (f)에 도시된다. 실험 데이터는 다음과 같은 의미를 갖는 부호로서 도시된다: 원(데이터 시리즈 n = 0: DW1 확산 강조 b1 = 0, tm = ∞에 대응하는 tm = 29.0 ms), 사각형(데이터 시리즈 n = 1: b1 = 2.79 x 109 sm-2, tm = 29.0 ms), 삼각형(데이터 시리즈 n = 2: b1 = 2.79 x 109 sm-2, tm = 128.0 ms) 및 마름모꼴(데이터 시리즈 n = 3: b1 = 2.79 x 109 sm-2, tm = 328 ms). 선은 ADC, AXR 및 σ의 평가를 산출하는 수학식 36의 전역 모델 피트의 결과를 나타낸다. 조사된 샘플은 (a) 수용성 폴리(에틸렌 글리콜) 용액, (b) 이스트 세포, (c) MCF-10A 건강한 흉부 세포, (d) 및 (e) MCF-7 에스트로겐 수용체를 갖는 암에 걸린 흉부 세포, (f) SK-BR 3 에스트로겐 수용체가 없는 암에 걸린 흉부 세포이다.
WO2008/147326에 설명된 종래의 프로토콜과 비교하여, 교환에 대한 정보를 얻기 위해 더 적은 신호 감쇠를 필요로 하며, 이것은 대응하는 더 낮은 값의 b 및 G이 사용될 수 있음을 의미한다. 따라서, 프로토콜은 임의의 임상 MRI 스캐너 상에 구현될 수 있다. 또한, 낮은 신호 감쇄는 신호가 노이즈에 의해 더 적게 영향을 받음을 의미한다.

Claims (18)

  1. 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 단계로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 단계; 및 상기 방출된 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 단계를 포함하고, 상기 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하는 MRI를 위한 방법에 있어서, 상기 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 상기 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이며,
    상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 겉보기 확산 계수(ADC)를 획득하도록 b1 또는 b2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고, 데이터 시리즈 n에서 신호 강도(I)는 이하와 같고,
    Figure 112016103797660-pct00043

    여기에서 변수 b는 b1 또는 b2 중 하나이고, <Dn>은 데이터 시리즈 n에서 겉보기 확산 계수(ADC)이며,
    tm에 따른 상기 겉보기 확산 계수(ADC)의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하기 위하여 분석되는 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 겉보기 교환 비율(AXR)은 이미지 대비를 생성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    tm,n에 따른 <Dn>의 변화는 식
    Figure 112016050875040-pct00044
    에 따른 교환 비율(k)에 의존하고, 여기에서 <D0>는 평형에서의 <Dn>이고, <D1>은 tm,n = 0에서의 <Dn>이며, tm,n은 데이터 시리즈 n에서 혼합 블록의 지속시간 tm 인 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 인코딩, 검출 및 획득하는 단계는 멀티-사이트 교환을 위해 만들어지는 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    멀티-사이트 교환을 위한 상기 겉보기 교환 비율(AXR)은 식
    Figure 112016050875040-pct00045
    에 따라 계산되고, 여기에서 ADC = <D0>이고,
    Figure 112016050875040-pct00046
    이고, σ는 0 < σ < 1의 범위로 제한되고, <D0>는 평형에서의 <Dn>이고, <D1>은 tm,n = 0에서의 <Dn>이며, tm,n은 데이터 시리즈 n에서 혼합 블록의 지속시간 tm 인 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 물체는 제올라이트, 리포솜, 소포체 또는 생물학적 세포인 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 상기 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이고,
    - b1이 온 또는 오프 모드에 있고, b2가 고정되고, tm이 고정되거나;
    - b2가 온 또는 오프 모드에 있고, b1이 고정되고, tm이 고정되거나;
    - b1이 온 또는 오프 모드에 있고, b2가 고정되고, tm이 변화하거나;
    - b2가 온 또는 오프 모드에 있고, b1이 고정되고, tm이 변화하거나;
    - b1이 고정되고, b2가 변화하고, tm이 변화하고, 이러한 값들은 b1이 0과 동일하고, tm이 고정되고, b2가 변화하는 시리즈에 의해 보상되거나; 또는
    - b2가 고정되고, b1가 변화하고, tm가 변화하고, 이러한 값들은 b2가 0과 동일하고, tm이 고정되고, b1이 변화하는 시리즈에 의해 보상되는 것 중 하나가 유효한 것을 특징으로 하는 MRI를 위한 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 무선 주파수 및 구배 펄스 유닛으로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 무선 주파수 및 구배 펄스 유닛; 및 방출된 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 검출하는 검출 유닛을 포함하고, 상기 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하는 MRI 시스템에 있어서,상기 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 상기 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이며,
    상기 검출 유닛은, 겉보기 확산 계수(ADC)를 획득하도록 b1 또는 b2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고, 데이터 시리즈 n에서 신호 강도(I)는 이하와 같고,
    Figure 112016103797660-pct00050

    여기에서 변수 b는 b1 또는 b2 중 하나이고, <Dn>은 데이터 시리즈 n에서 겉보기 확산 계수(ADC)이며,
    tm에 따른 상기 겉보기 확산 계수(ADC)의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하기 위하여 분석되는 것을 특징으로 하는 MRI 시스템.
  13. 삭제
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 자기 공명 신호를 기반으로 이미지를 생성하도록 구성되는 이미지 생성 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 시스템.
  15. 제 1항에 따른 방법을 수행하는 수단을 포함하는 의료용 워크스테이션.
  16. 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 단계로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 단계; 및 상기 방출된 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 단계를 포함하고, 상기 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하는 NMR 분광법을 위한 방법에 있어서, 상기 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 상기 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이며,
    상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 인코딩, 검출 및 획득하는 것은 겉보기 확산 계수(ADC)를 획득하도록 b1 또는 b2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고, 데이터 시리즈 n에서 신호 강도(I)는 이하와 같고,
    Figure 112016103797660-pct00051

    여기에서 변수 b는 b1 또는 b2 중 하나이고, <Dn>은 데이터 시리즈 n에서 겉보기 확산 계수(ADC)이며,
    tm에 따른 상기 겉보기 확산 계수(ADC)의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하기 위하여 분석되는 것을 특징으로 하는 NMR 분광법을 위한 방법.
  17. 자기장이 적용되는 물체를 향해 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스를 방출하는 무선 주파수 및 구배 펄스 유닛으로서, 상기 물체는 0과 다른 핵스핀을 갖는 원자를 갖는 분자를 포함하는 무선 주파수 및 구배 펄스 유닛; 및 방출된 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스에 대응하는 상기 물체로부터의 자기 공명 신호를 검출하는 검출 유닛을 포함하고, 상기 무선 주파수 및 구배 펄스 시퀀스는 제 1 강조 블록, 지속시간 tm을 갖는 혼합 블록 및 제 2 강조 블록을 포함하는 NMR 분광법을 위한 시스템에 있어서, 상기 제 1 강조 블록은 확산 강조 b1을 갖는 제 1 확산 강조 블록이고, 상기 제 2 강조 블록은 확산 강조 b2를 갖는 제 2 확산 블록이며,
    상기 검출 유닛은, 겉보기 확산 계수(ADC)를 획득하도록 b1 또는 b2가 증가함에 따라 신호 강도(I)의 초기 감쇄로 제한되고, 데이터 시리즈 n에서 신호 강도(I)는 이하와 같고,
    Figure 112016103797660-pct00052

    여기에서 변수 b는 b1 또는 b2 중 하나이고, <Dn>은 데이터 시리즈 n에서 겉보기 확산 계수(ADC)이며,
    tm에 따른 상기 겉보기 확산 계수(ADC)의 변화는 겉보기 교환 비율(AXR)을 획득하기 위하여 분석되는 것을 특징으로 하는 NMR 분광법을 위한 시스템.
  18. 삭제
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