KR101825826B1 - 자기 공명 이미징에서 볼륨 내비게이터들을 사용하는 전향적 모션 정정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

모션 정정된 자기 공명(MR) 이미징을 위한 방법 및 장치에서, MR 데이터는 각자의 부분들에서의 진단 스캔에서 취득되고, 취득된 진단 데이터의 각각의 부분 사이에서, 내비게이터 스캔이 구현되며, 여기서 내비게이터 데이터는 취득 볼륨의 볼륨보다 더 작은 내비게이터 서브-볼륨에서의 다수의 슬라이스들에서 동시에 취득된다. 기준 스캔은 진단 스캔의 시작 이전에 취득되고, 서브-볼륨들에서의 내비게이터 데이터는 진단 스캔에서 MR 데이터의 부분들의 취득 사이에 취득된다. 각각의 취득 부분 사이에서, 모션 정정 알고리즘이 실행되며, 여기서 서브-볼륨의 내비게이터 데이터는 기준 스캔에서 대응하는 이미지 데이터와만 비교되고, 필요한 경우, 다음 진단 데이터 부분의 취득을 위해 사용되는 모션 정정 명령어가 발생된다.

Description

자기 공명 이미징에서 볼륨 내비게이터들을 사용하는 전향적 모션 정정을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROSPECTIVE MOTION CORRECTION USING VOLUME NAVIGATORS IN MAGNETIC RESONANCE IMAGING}
본 발명은 자기 공명 이미징에서 모션 정정을 구현하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 볼륨 내비게이터들을 사용하여 이러한 모션 정정을 구현하는 것에 관한 것이다.
자기 공명(magnetic resonance)(MR) 이미지 데이터의 취득 동안 환자 모션을 보상하는 내비게이터-기반 전향적 모션 정정 방법들이 공지되어 있다. 후향적(retrospective) 방법들과는 달리, 이러한 전향적 방법들에서, 모션은 측정(이미지 데이터 취득) 동안 실시간으로 검출되고 보상된다. 환자 모션의 검출은 내비게이터들의 사용을 통해 달성될 수 있는데, 이들은 MR 스캐너를 동작시키기 위해 사용되는 이미지 취득 시퀀스의 불감 시간들(dead times) 동안 활성화된다.
공지된 전향적 모션 정정 방법의 예는 Tisdall 등에 의해, "MPRAGE Using EPI Navigators For Prospective Motion Correction"(Proceedings of the 17th Annual Meeting of International Society of Magnetic Resonance in Medicine 2009)이라는 명칭의 논문에 기재되어 있다. 이 절차에서, 저해상도 3D EPI 내비게이터 볼륨들이 32x32x32의 베이스 해상도로 취득된다. 이러한 내비게이터 볼륨들에 대한 데이터는 500ms 내에 취득될 수 있다. 충분히 긴 불감 시간을 가지는 각각의 데이터 취득 시퀀스는, 실시간 모션 보상을 지원하기 위해, 이러한 내비게이터들에 구비될 수 있다.
실제로, 내비게이터 이미지들은 시점 t=t1에서 취득되는 내비게이터 데이터에 대해 재구성되고, 기준 볼륨에 대한 이미지 기반 6-자유도 강성체 등록이 이후 이루어진다. 통상적으로, 기준 볼륨은 모션 정정된 시퀀스의 취득이 시작하기 전에(시점 t=0에서) 취득된다. 검출된 모션 파라미터들은 MR 스캐너를 동작시키기 위한 시퀀스를 형성하는 제어 컴퓨터에 피드백되고, 제어 컴퓨터는 시간 t1에서 검출된 모션을 보상하도록 이미징 시야(field-of-view)(FOV)를 자동으로 조정한다. t1과 모션 보상된 시퀀스에서의 이미지 데이터의 부분적 취득 사이에 발생할 수 있는 모션이 고려되지 않는다. 그 결과, 실제 모션 보상은 데이터 취득보다 약간 뒤로 지연되고, 모든 모션을 정정할 수 없다. 그러나, 모션 드리프트들을 느리게 발생시키는 것은 매우 잘 보상될 수 있다.
실시간 모션 정정을 가능하게 하기 위해, 프로세서의 모션 검출 모듈은 모션 추정들을 매우 신속하게 제공할 수 있어야 한다. 따라서, 6-자유도(3개의 병진 및 3개의 회전)를 가지는 강성체 모델 가정이 때때로 발생된다. 대상의 머리로부터의 MR 데이터 취득들을 위해, 이러한 모델 가정은 합당하다. 저해상도 EPI 이미지 데이터를 등록하는 전술된 작업은 기능적 자기 공명 이미징(fMRI)에서의 모션 정정을 위한 요건들에 매칭한다. 이러한 타입의 방법들은, Thesen 등의 "Prospective Acquisition Correction for Head Motion with Image-Based Tracking for Real-Time fMRI"(Magnetic Resonance in Medicine, Volume 44, Number 3(2000), 페이지 457-465)에, 그리고 "Retrospektive und prospektive Verfahren zur bildbasierten Korrektur von Patientenkopfbewegungen bei neurofunktioneller Magnetresonanztomographie in Echtzeit"("Retrospective and Prospective Methods for Image-Based Correction of Patient Head Motions in Neuro-Functional Magnetic Resonance Tomography in Real-Time")라는 명칭의, 루프레히트 카를스 하이델베르크 대학교에서의 Stefan Thesen의 개회 논문에 기술된 바와 같이, 고성능 강성체 모션 검출 및 fMRI 데이터의 전향적 정정을 제안하였다.
위에서 기술된 동일한 전략은, 그러나, 추가적인 전용 내비게이터 볼륨들의 사용 없이, 상업적으로 이용가능한 동작 시퀀스 ep2d_pace(Siemens Healthcare)의 기반을 형성한다. 추가적인 내비게이터 볼륨 대신, 전체 ep2d 볼륨은 모션 검출을 위한 것으로 간주된다. 시간 t=ti에서의 볼륨은 시간 t=ti +1에서의 취득 동안 t=t0에서 획득된 기준을 이용하여 재구성되고 등록되며, 시간 t=ti +2에서 보상된다. 따라서, 모션 보상은 이미지 데이터의 취득 동안 시퀀스의 적어도 하나의 반복(TR)에 의해 지연된다.
종래의 3D 이미지-기반 내비게이터 방법들은 내비게이터 신호들이 사용되는 모션 보상된 시퀀스의 이미징 볼륨과 동일한 내비게이터 볼륨들(즉, 내비게이터 데이터가 취득되는 대상의 볼륨)을 사용한다. 이는, 검출된 모션 파라미터들이, 시퀀스에서의 모션 보상을 구현하기 위해, 이미징 시퀀스를 실행하기 위한 MR 스캐너의 동작을 제어하는 컴퓨터에 역으로 직접 송신될 수 있다는 장점을 가진다.
Shankaranarayanan 등에 의한 "Motion insensitive 3D imaging using a novel real-time image-based 3D PROspective MOtion correction method(3D PROMO)"(ISMRM 15th Scientific Meeting(2007))라는 명칭의 논문에서, 또한 전향적 강성체 모션에 기초하는, 3D promo라 명명되는 내비게이터 기반 솔루션이 기술된다. 이 논문은, 강성체 모션의 모델 가정을 만족시키지 않는 문제적 영역들이 존재한다는 것에 주목한다. 뇌에서, 이러한 영역들은 목에, 턱에, 그리고 콧구멍과 부비강 옆에 주로 위치된다. 모션 보상을 개선하고 비-선형적 효과들의 영향들을 최소화시키기 위해, 이 논문의 저자들은 내비게이터 데이터에 확장된 Kalman 필터를 적용할 것을 제안한다.
전향적 모션 정정 전략들의 개략은, Maclaren 등에 의한 "Prospective motion correction in brain imaging: a review"(Magnetic Resonance in Medicine, Volume 69, Number 3(2013), 페이지 621-636)이라는 명칭의 논문에서 찾을 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 이미지-기반 볼륨 내비게이터들을 사용하는 전향적 모션 정정을 위한 방법에서, 진단 데이터가 모션 보상된 시퀀스에서 취득되는 취득 볼륨보다 더 작은 전체 볼륨을 총체적으로 가지는 다수의 서브-볼륨 내비게이터 슬라이스들이 동시에 획득된다. 각각의 내비게이터 서브-볼륨은 단 하나의 슬라이스, 또는 다수의 슬라이스들, 예컨대, 서브-볼륨 당 3개의 슬라이스들로 구성될 수 있다. 서브-볼륨들은, 예를 들어, 서로 직교일 수 있다.
서브-볼륨 내비게이터들의 다수의 슬라이스들은, Setsompop 등의 "Blipped-controlled aliasing in parallel imaging for simultaneous multislice echo planar imaging with reduced g-factor penalty"(Magnetic Resonance in Medicine, Volume 67, Number 5(2012), 페이지 1210-1224)에서 기술된 바와 같이, 동시적 멀티-슬라이스(SMS) 블립형(blipped) CAIPI 가속화 방법을 이용하여 취득될 수 있다.
내비게이터 서브-볼륨들이 직교 슬라이스들인 실시예에서, 직교 슬라이스들의 교차는 취득 볼륨의 중심(즉, 데이터 취득 시퀀스의 시야(FOV)의 중심)과 일치할 수 있지만, 이는 반드시 그러한 경우일 필요는 없다.
통상적인 바와 같이, 내비게이터 신호들(슬라이스들)은 진단 이미지 데이터보다 더 낮은 해상도를 가지고 취득된다. 추가적인 실시예에서, 모션 정정된 데이터 취득 시퀀스의 시작 이전에, 대상의 로컬라이저 이미지가 취득될 수 있으며, 이는 대상의 관련된 해부구조(anatomy)의 개략을 제공한다. 이러한 로컬라이저 이미지는 취득 시야의 계획을 지원하기 위해 종종 취득된다. 이 로컬라이저 이미지는 사용자 상호작용 없이, 그것에서 해부구조를 검출하고 해부학적 랜드마크들의 위치를 계산하기 위해 공지된 방법들에 의해 자동으로 처리될 수 있다. 이러한 해부학적 정보는 서브-볼륨 내비게이터 포지셔닝 및 커버리지의 정의에 대한 유용한 배경 정보를 또한 제공하기 위해 사용될 수 있다. 환자에 의해 비-강성으로 이동될 수 없는 해부학적 영역 내에 있거나 이를 포함하도록, 각각의 서브-볼륨 내비게이터의 위치를 계획하는 것이 바람직하다. 따라서, 목 영역, 턱 영역, 및 콧구멍과 부비강 옆의 영역들과 같은, 이미지 아티팩트들이 생기기 쉬운 해부학적 영역들은 내비게이터 서브-볼륨들의 배치에 대해 회피되어야 한다. 내비게이터 데이터가 신뢰가능하게 취득될 수 있고, 이러한 이미지 아티팩트들에 대한 최소 위험성을 가지는 영역들이 선호된다. 사용자 인터페이스를 통한, 로컬라이저 이미지와의 사용자 상호작용이 내비게이터 포지셔닝을 정의하기 위해 구현될 수 있지만, 서브-볼륨 내비게이터들의 완전 자동 배치가 바람직하다.
본 발명은 위에서 기술된 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 구현하도록 구성되고 동작되는 자기 공명 이미징 장치를 또한 포함할 수 있다.
본 발명은, 자기 공명 이미징 장치의 제어 컴퓨터 내에 로딩될 때, 제어 컴퓨터가 자기 공명 이미징 장치를 동작시켜서 위에서 기술된 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 구현하게 하는 프로그래밍 명령어들로 인코딩된 비일시적인 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체를 또한 포함한다.
도 1은 본 발명에 따라 구성되고 동작하는 자기 공명 이미징 장치를 개략적으로 예시한다.
도 2는 본 발명에 따라 내비게이터 서브-볼륨들의 취득을 이용한 전향적 모션 정정 시퀀스에서의 기본 단계들을 개략적으로 예시하는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명에 따라 내비게이터 서브-볼륨들을 정의하기 위한 제1 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 4는 본 발명에 따라 내비게이터 서브-볼륨들을 정의하기 위한 제2 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 1은 자기 공명 장치(5)(자기 공명 이미징 또는 단층 촬영 디바이스)를 개략적으로 예시한다. 기본 필드 자석(1)은, 자기 공명 장치(5) 내로 이동되도록 하기 위해 테이블(23) 위에 놓인, 검사될 인체의 일부와 같은, 검사 대상(U)의 영역 내의 핵 스핀의 분극화 또는 정렬을 위한 시간적으로 일정한 강한 자기 필드를 발생시킨다. 자기 공명 측정(데이터 취득)을 위해 필요한 기본 자기 필드 내의 높은 균질도가 통상적으로 구형의 측정 볼륨(M)에서 정의되며, 여기서 검사될 인체의 일부가 배치된다. 균질성 요건들을 지원하기 위해, 시간적으로 일정한 효과들은 적절한 위치들에 배치된 강자성 재료들로 이루어진 심-플레이트들에 의해 제거된다. 시간적으로 가변적 효과들은 심 코일들(2) 및 심 코일들(2)에 대한 적절한 제어 유닛(25) 에 의해 제거된다.
원통 형상의 경사 코일 시스템(gradient coil system)(3)은 3개의 권선들로 구성된 기본 필드 자석들(1)에 포함된다. 각각의 권선에는 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)의 각자의 축에서 선형 경사 필드를 발생시키기 위한 전력이 대응하는 증폭기에 의해 공급된다. 경사 필드 시스템(3)의 제1 부분 권선은 x-축에 경사(gradient) Gx를 발생시키고, 제2 부분 권선은 y-축에 경사 Gy를 발생시키고, 제3 부분 권선은 z-축에 경사 Gz를 발생시킨다. 이러한 증폭기들 각각은, 경사 펄스들의 정확한-타이밍의 발생을 위해 시퀀서(18)에 의해 제어되는, 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 가진다.
라디오-주파수 안테나(4)가 경사 필드 시스템(3) 내에 위치되는데, 이는, 기본 자기 필드에 의해 생성되는 정렬로부터, 검사될 대상 내의 스핀들 또는 그것의 영역들을 젖힘(tipping)으로써("플립(flipping)"), 라디오-주파수 전력 증폭기(24)에 의해 제공되는 라디오-주파수 펄스들을 원자핵들의 여기를 위한 자기 교류 필드로 전환시킨다. 라디오-주파수 안테나(4)는 코일들의 환형, 선형 또는 행렬 타입 구성의 형태인 하나 이상의 RF 전송 코일들 및 하나 이상의 RF 수신 코일들로 구성된다. 처리 핵 스핀, 즉, 하나 이상의 라디오-주파수 펄스들 및 하나 이상의 경사 펄스들로 구성된 펄스 시퀀스로부터 정상적으로 생성되는 핵 스핀 에코 신호에 기초하는 교류 필드는, 라디오-주파수 안테나(4)의 RF 수신 코일들에 의해 전압(측정 신호)으로 또한 전환되는데, 이는 라디오-주파수 수신기 채널(8, 8')의 증폭기(7)를 통해 라디오-주파수 시스템(22)에 전송된다. 라디오-주파수 시스템(22)은 또한 자기 핵 공명의 여기를 위한 라디오-주파수 펄스들이 발생되는, 전송 채널(9)을 또한 가진다. 이러한 목적으로, 시스템 컴퓨터(20)에 의해 제공되는 주어진 펄스 시퀀스에 기초하여, 각자의 라디오-주파수 펄스들은 복소수들의 수열로서 시퀀서(18)에서 디지털 방식으로 도시된다. 이러한 수열은, 입력(12)을 통해, 각각의 경우, 실수 컴포넌트 및 허수 컴포넌트로서 라디오-주파수 시스템(22) 내의 디지털-아날로그 컨버터(DAC)에, 그리고 이로부터 전송 채널(9)에 송신된다. 펄스 시퀀스들은 전송 채널(9) 내에서 라디오-주파수 캐리어 신호로 변조되며, 그것의 베이스 주파수는 측정 볼륨에서 핵 스핀의 공명 주파수에 대응한다. RF 송신기 코일의 변조된 펄스 시퀀스들은 증폭기(24)를 통해 라디오-주파수 안테나(4)에 전송된다.
전송 동작으로부터 수신 동작으로의 스위칭은 전송-수신 스위치(6)를 통해 발생한다. 라디오-주파수 안테나(4)의 RF 전송 코일은 측정 볼륨(M)에서 핵 스핀의 여기를 위한 라디오-주파수 펄스를 복사하고, RF 수신 코일들을 통해 결과적인 에코 신호들을 스캔한다. 이에 의해 획득되는 대응하는 자기 공명 신호들은 라디오-주파수 시스템(22)의 수신 채널의 제1 복조기(8')에서 위상 감지 방식으로 중간 주파수로 복조되고, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에서 디지털화된다. 이 신호는 이후 베이스 주파수로 복조된다. 베이스 주파수로의 복조 및 실수 부분과 허수 부분으로의 분리는, 출력들(11)을 통해 이미지 프로세서(17)에 복조된 데이터를 방출하는, 제2 복조기(8)에서 공간 도메인에서의 디지털화 이후 발생한다. 이미지 프로세서(17)에서, MR 이미지는, 이미지 프로세서(17)에서 적어도 하나의 교란 행렬 및 그것의 역의 계산을 포함하는, 본 발명에 따른 방법의 사용을 통해 이러한 방식으로 획득되는 측정 데이터로부터 재구성된다. 측정 데이터, 이미지 데이터, 및 제어 프로그램의 관리는 시스템 컴퓨터(20)를 통해 발생한다. 특히, 본 발명에 따른 방법에 따르면, 시퀀서(18)는 제어 프로그램들을 이용하여 원하는 펄스 시퀀스들의 발생 및 k-공간의 대응하는 스캐닝을 제어한다. 시퀀서(18)는 경사들의 정확한-타이밍의 스위칭(활성화), 정의된 위상 진폭을 가지는 라디오-주파수 펄스의 전송, 및 자기 공명 신호들의 수신을 제어한다. 라디오-주파수 시스템(22) 및 시퀀서(18)에 대한 시간 베이스는 합성기(19)에 의해 제공된다. 예를 들어, DVD(21) 상에 저장되는, MR 이미지의 발생을 위한 적절한 제어 프로그램들, 뿐만 아니라, 원하는 k-공간을 총체적으로 커버하는 원하는 개수(n개)의 인접한 클러스터들과 같은 다른 사용자 입력들, 및 발생된 MR 이미지들의 디스플레이가 단말기(13)를 통해 발생하는데, 이 단말기는 예를 들어, 키보드(15), 및/또는 마우스(16)와 같은 입력 엔트리들을 가능하게 하기 위한 유닛들, 및 예를 들어, 디스플레이 스크린과 같은, 디스플레이를 가능하게 하기 위한 유닛을 포함한다.
도 1에서, 그 내부에 환자(0)가 이동되는, 기본 필드 자석(1)에 포함되는(빌트인되는) 컴포넌트들은 자기 공명 스캐너를 형성하는데, 이는 또한 도 1에 도시되는 다수의 컴퓨터들 및 프로세서들에 의해 동작된다. 도 1에 도시된 이러한 컴퓨터들 및 프로세서들은 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 개별적으로 또는 총체적으로 프로그래밍된다.
본 발명에 따른 모션 보상된 시퀀스의 기본 단계들이 도 2에 도시된다. 이는, 예컨대, 검사 대상, 이 경우, 대상의 상부 머리의 취득 볼륨의 다수의 슬라이스들을 획득함으로써, 기준 스캔의 취득으로 시작한다. 일단 이러한 취득 볼륨이 정의되면, 시퀀스 시야(FOV)로서, 자기 공명 스캐너가 동작되어 모션 정정 시퀀스에 따른 진단 이미지 데이터의 취득을 시작한다. 이러한 진단 데이터의 일부가 취득된 이후, 내비게이터 스캔이 실행되며, 여기서 내비게이터 데이터는 취득 볼륨의 서브-볼륨으로부터만 취득된다. 서브-볼륨으로부터 취득된 내비게이터 데이터는 이후, 기준 스캔의 취득과 서브-볼륨 내비게이터 데이터의 취득 사이에 환자의 모션이 발생했는지를 결정하기 위해, 기준 스캔에 표현되는 데이터와 비교된다. 본 발명에 따라 사용되는 모션 정정 알고리즘에서, 기준 스캔 데이터의 이미지 요소들(복셀들)만이 서브-볼륨들에 의해 표현되는 내비게이터 데이터와 비교된다. 취득된 내비게이터 데이터가 전반적 취득 볼륨 전체에서 서브-볼륨만을 구성하고, 비교, 및 따라서, 모션 정정 알고리즘의 실행은 더 적은 컴퓨터 용량을 요구하고, 더 신속하게 실행될 수 있다.
각각의 내비게이터 서브-볼륨은 동시적 멀티-슬라이스(simultaneous multi-slice)(SMS) 블립형 CAIPI 가속화 방법을 이용하여 취득될 수 있다. 각각의 내비게이터 서브-볼륨의 면내(in-plane) 해상도는 모션 정정된 베이스 시퀀스의 해상도와는 무관하다. 통상적으로, 취득 및 모션-검출 알고리즘 실행을 더 가속화하기 위해, 내비게이터 해상도는 이미지 데이터 해상도보다 더 낮다.
내비게이터 평면들의 교차는 데이터 취득 시퀀스의 FOV(취득 볼륨)의 중심점과 반드시 일치할 필요는 없다.
내비게이터 평면들이 직교인 것으로서 도 2의 실시예에 도시되지만, 이들은 반드시 직교일 필요는 없다. 내비게이터 서브-볼륨들을 정의하는데 있어서 주요 고려사항은, 서브-볼륨들이, 진단 이미지 데이터 취득 볼륨보다 더 작지만, 이미지 데이터의 취득 동안 발생하는 관련된 환자 모션을 "캡쳐"하기 매우 쉬운 전체 볼륨들을 총체적으로 포함하도록 하는 것이다. 서브-볼륨 내비게이터들의 직교 배향은 교차하는 영역들에서 높은 공간 해상도를 초래하며, 동시에, 모션 정정 알고리즘에서의 비교를 위해 필요한 이미지 데이터의 양을 상당히 감소시킨다.
도 2에 도시된 예시적인 실시예에서의 기준 스캔은 3개의 직교 서브-볼륨 내비게이터들 모두에 의해 포함되는 박스를 커버하는 전체-해상도의 등방성 볼륨이다. 실제 모션 검출 알고리즘은, Thesen 등에 의한 전술된 논문에 기술된 가우스-뉴턴 기반 방법과 같은, 임의의 강성체 모션 검출 알고리즘일 수 있다. 종래의 절차에 비해, 서브-볼륨 내비게이터들에 의해 정의되는(이에 대응하는) 취득 볼륨의 이미지 요소들만이 모션 정정 알고리즘에서 사용되는 모션을 검출하기 위해 고려된다. 서브-볼륨 내비게이터들과 일치하지 않는 기준 스캔의 모든 나머지 복셀들은 고려되지 않는다.
추가적인 해부학적 배경 정보는 내비게이터 서브-볼륨들을 정의하기 위해 사용될 수 있다. 진단 스캔을 시작하기 전에, 통상적으로 대상의 관련된 해부구조의 개략 이미지이며, 취득 시야의 정의와 같은, 진단 이미징 시퀀스의 계획을 지원하기 위해 사용되는, 대상의 로컬라이저 이미지를 취득하는 것이 일반적이다. 이러한 로컬라이저 이미지는, 관련된 해부구조를 검출하고, 사용자 상호작용 없이 해부학적 랜드마크들의 위치를 계산하기 위해, 공지된 기법들에 의해 자동으로 처리될 수 있다. 이러한 해부학적 정보는 또한, 이들의 포지셔닝 및 커버리지의 견지에서, 서브-볼륨 내비게이터들의 정의를 위해 매우 유용하다. 위에서 언급된 바와 같이, 환자에 의해 비-강성으로 이동될 수 없는 해부학적 영역에서 서브-볼륨 내비게이터들의 위치를 계획하는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 플로우차트의 실시예에서, 제1 내비게이터 스캔 취득 이후, 환자의 관련된 해부구조의 위치에서 큰 변화가 발생하지 않았다고 결정되며, 따라서, 이미지 데이터의 다른 부분의 취득을 이용하여, 이미지 데이터 (진단) 취득 시퀀스가 진행된다. 내비게이터 스캔은 이후, 전술된 것과 동일한 방식으로, 다시 실행된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 이러한 내비게이터 스캔의 결과는 환자 모션이 이미지 데이터의 제1 부분이 취득된 시간과 이미지 데이터의 제2 부분이 취득되는 동안의 시간 사이에 발생했다는 결정이다. 도 2에 개략적으로 예시된 바와 같이, 이는 모션 정정 알고리즘이 환자 모션을 보상하는 결과를 초래한다. 이는, 이미징 시야의 조정과 같은 모션 정정 명령어가, 자기 공명 스캐너를 동작시키는 제어 컴퓨터에 제공되는 결과를 초래한다. 이러한 조정된 시퀀스가 이후 사용되어 진단 이미지 데이터의 다른 부분을 취득하고, 이러한 절차는 원하는 진단 이미지 데이터 전부가 취득될 때까지 반복된다.
내비게이터 서브-볼륨들을 정의하기 위한 일 실시예가 도 3에 도시되며, 각각의 서브-볼륨들은 단일 슬라이스로 구성된다. 다른 실시예가 도 4에 도시되며, 여기서 각각의 내비게이터 서브-볼륨은 3개의 슬라이스들로 구성된다. 각각의 내비게이터 서브-볼륨에 대한 적절한 개수의 슬라이스들이 계획 단계에서 선택될 수 있는 반면, 각각의 내비게이터 볼륨 내에서 더 많은 슬라이스들을 취득하는 것이 내비게이터 데이터 취득 시간을 증가시키며, 모션 정정 알고리즘을 실행하기 위한 계산 시간을 또한 증가시킨다는 것을 고려한다.
본 발명에 따른 내비게이터 서브-볼륨들의 모션 정정을 위한 취득 및 사용은 다수의 장점들을 가진다. 위에서 언급된 바와 같이, 이것은, 실질적으로 전체 취득 볼륨을 포함하는 2D 내비게이터 슬라이스들의 종래의 순차적 취득에 비해, 내비게이터 데이터 취득에 대한 감소한 스캔 시간을 초래한다. 위에서 언급된 바와 같이, 서브-볼륨 내비게이터들에 대한 스캔 시간은, CAIPI와 함께 SMS를 사용함으로써, 매우 신속하게 구현된다.
다수의 슬라이스들의 동시적 취득으로 인해, 모든 동시에 여기된 슬라이스들이 자동으로 일치하기 때문에, 이미징 데이터의 동시적 멀티-슬라이스 취득이 내비게이터 이미지들에 대해 특히 유리하다. 모든 슬라이스들이 순차적으로 취득되는 종래의 2D 이미지-기반 내비게이터 취득에서, 환자가 순차적 취득 동안 움직일 수 있다. 종래의 시퀀스에서 내비게이터 스캔 동안의 이러한 모션은 종래의 절차들에서 모션-검출 알고리즘에서 사용되는 모델에 대해 만들어진 강성체 모션의 가정의 위배를 초래할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따라 동시에 취득된 슬라이스들 사이의 이격은, 이러한 슬라이스들의 최상의 가능한 분리를 제공하기 위해, SMS로 인해 내재적으로 최대화된다. 모션 검출의 상황에서, 이것은 강건한 결과들을 달성하기에 특히 유리하다.
모션 정정 알고리즘에서 모션을 식별하기 위해 사용되는 감소한 이미지 데이터는 계산상의 부하를 감소시키고 모션 검출을 가속화한다. 이것은 서브-볼륨 내비게이터들에 의해 커버되지 않는 취득 볼륨의 영역들이 모션 검출에 대해 덜 유용한 경향이 있기 때문에 특히 관련되며, 따라서, 모션 정정 알고리즘에서의 해당 영역들의 미사용이 모션 정정 정확도를 크게 저하시키지 않는다.
직교인 서브-볼륨 내비게이터들이 사용되는 실시예는 높은 면내 해상도를 제공한다. 서브-볼륨 내비게이터들의 오버랩하는 영역에서, 유효 이미지 해상도는 종래의 내비게이터들의 오버랩하지 않는 영역들에 비해 현저하게 더 높다. 이것은, 전술된 해부학적 배경 정보와 함께 사용될 때 특히 유리하다. 이러한 오버랩 섹션이 베이스 시퀀스(즉, 취득 영역)의 시야와는 무관하게 배치될 수 있기 때문에, 비-강성 모션 및 이로부터 기인하는 이미지 아티팩트들이 최소화될 수 있는데, 이는 현저하게 증가한 강건성을 초래한다.
모션을 검출하기 위한, 종래에서와 같은, EPI-기반 이미지 내비게이터들의 사용은, 기본 자기 필드(B0 필드)의 드리프트 및 불균질성과 관련된 이미지 왜곡들에 약하다. EPI 내비게이터들의 단일 볼륨이 사용되는 경우, 해당 인자들로부터 기인하는 아티팩트들이 특정 방향(일반적으로 위상 인코딩 방향)에서 나타날 수 있고, 이에 의해 모션 검출을 그 방향에서 덜 신뢰가능하도록 만든다. 본 발명에 따른 직교인 서브-볼륨들의 사용은 이러한 아티팩트들을 상이한 방향들로 확산시키고, 이에 의해 전체 모션 검출에 대한 이들의 영향을 최소화시킨다.
수정들 및 변경들이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 제안될 수 있지만, 모든 변경들 및 수정들을, 본 기술분야에 대한 이들의 기여의 범위 내에 합당하고 적절하게 드는 것으로서, 특허 보장된 본원 내에서 구현하는 것이 본 발명자의 의도이다.

Claims (17)

  1. 자기 공명(magnetic resonance)(MR) 이미징에서의 전향적 모션 정정(prospective motion correction)을 위한 방법으로서,
    (a) 대상(subject)에서의 취득 볼륨의 MR 기준 스캔을 표현하는 데이터를 모션 정정 프로세서에 제공하는 단계 ― 상기 대상에서의 취득 볼륨으로부터의 MR 진단 데이터는 상기 대상의 후속적으로 수행되는 진단 스캔에서 취득될 것이고, 상기 대상은 상기 진단 스캔에서 움직임을 나타냄 ―;
    (b) 제어 컴퓨터로부터, 상기 대상이 MR 스캐너 내부에 위치되어 있는 동안에 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 상기 대상의 취득 볼륨으로부터의 각자의 부분들에서 MR 데이터를 취득함으로써 상기 진단 스캔을 실행하는 단계;
    (c) 상기 진단 스캔 동안, 상기 MR 데이터의 일부를 취득한 이후에, 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 각자의 서브-볼륨들에서의 상기 대상의 다수의 슬라이스들로부터만 내비게이터 데이터(navigator data)를 동시에 취득하는 단계 ― 상기 서브-볼륨들은 전체적으로 상기 취득 볼륨보다 더 작은 볼륨을 포함함 ―;
    (d) 상기 진단 스캔에서 상기 MR 데이터의 다른 부분을 취득하기 이전에, 상기 서브-볼륨들로부터 취득된 상기 내비게이터 데이터를 상기 모션 정정 프로세서에 제공하고, 상기 모션 정정 프로세서에서, 모션 정정 알고리즘을 실행하여 ― 상기 서브-볼륨들에 대응하는 상기 MR 기준 스캔을 표현하는 상기 데이터에서의 데이터만이 상기 서브-볼륨들로부터 취득된 상기 내비게이터 데이터와 비교됨 ―, 상기 MR 데이터의 상기 일부의 취득이 시작된 시간과 상기 서브-볼륨들로부터 상기 내비게이터 데이터가 취득된 시간 사이에 발생한 상기 대상의 상기 움직임을 식별하고, 상기 식별된 움직임에 따라 모션 보상 명령어를 발생시키고, 상기 모션 정정 명령어를 상기 제어 컴퓨터에 제공하는 단계;
    (e) 상기 제어 컴퓨터로부터, 상기 모션 정정 명령어에 따라 상기 MR 스캐너의 동작을 조정하여, 상기 진단 스캔에서 상기 MR 데이터의 다른 부분을 취득하는 단계;
    (f) 상기 MR 데이터 전부가 상기 진단 스캔에서 상기 대상의 취득 볼륨으로부터 취득될 때까지, (c), (d) 및 (e)를 반복하는 단계; 및
    (g) 상기 모션 정정 프로세서에서, 상기 진단 스캔에서 취득된 상기 MR 데이터로부터 상기 대상의 취득 볼륨의 모션 정정된 MR 이미지를 발생시키고, 상기 MR 이미지를 상기 모션 정정 프로세서로부터 데이터 파일로서 전자 형태로 이용가능하게 하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각자의 상기 서브-볼륨들의 상기 슬라이스들이 직교인 것으로 정의하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 직교하는 서브-볼륨에서 상기 내비게이터 데이터를 취득하기 위한 하나의 슬라이스를 정의하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    3개의 직교 서브-볼륨들에서 상기 내비게이터 데이터가 취득되는 3개의 슬라이스들을 정의하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 취득 볼륨은 중심을 갖고, 직교하는 상기 서브-볼륨들은 상기 중심을 포함하는 영역에서 서로 교차하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모션 정정 알고리즘으로서 가우스-뉴턴(Gauss-Newton) 기반 방법을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진단 스캔 이전에, 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 상기 대상의 로컬라이저 MR 이미지를 취득하고, 상기 제어 컴퓨터에서, 상기 로컬라이저 이미지에 표현되는 상기 대상의 해부구조(anatomy)를 사용하여, 상기 서브-볼륨들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    동시적 멀티-슬라이스 블립형(blipped) CAIPI 방법을 이용하여 상기 MR 스캐너를 동작시킴으로써 상기 서브-볼륨들의 상기 슬라이스들을 취득하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 자기 공명(MR) 이미징에서의 전향적 모션 정정을 위한 장치로서,
    MR 스캐너;
    대상에서의 취득 볼륨의 MR 기준 스캔을 표현하는 데이터가 제공되는 모션 정정 프로세서 ― 상기 대상에서의 취득 볼륨으로부터의 MR 진단 데이터는 상기 대상의 후속적으로 수행되는 진단 스캔에서 취득될 것이고, 상기 대상은 상기 진단 스캔에서 움직임을 나타냄 ―;
    상기 대상이 상기 MR 스캐너 내부에 위치되어 있는 동안에 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 상기 대상의 취득 볼륨으로부터의 각자의 부분들에서 MR 데이터를 취득함으로써 상기 진단 스캔을 실행하도록 구성된 제어 컴퓨터
    를 포함하고;
    상기 제어 컴퓨터는, (a) 상기 MR 데이터의 일부가 취득된 이후에, 상기 진단 스캔 동안 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 각자의 서브-볼륨들에서의 상기 대상의 다수의 슬라이스들로부터만 내비게이터 데이터를 동시에 취득하도록 구성되고, 상기 서브-볼륨들은 전체적으로 상기 취득 볼륨보다 더 작은 볼륨을 포함하고;
    상기 제어 컴퓨터는, (b) 상기 진단 스캔에서 상기 MR 데이터의 다른 부분을 취득하기 이전에, 상기 서브-볼륨들로부터 취득된 상기 내비게이터 데이터를 상기 모션 정정 프로세서에 제공하도록 구성되고, 상기 모션 정정 프로세서는 모션 정정 알고리즘을 실행하여 ― 상기 서브-볼륨들에 대응하는 상기 MR 기준 스캔을 표현하는 상기 데이터에서의 데이터만이 상기 서브-볼륨들로부터 취득된 상기 내비게이터 데이터와 비교됨 ―, 상기 MR 데이터의 상기 일부의 취득이 시작된 시간과 상기 서브-볼륨들로부터 상기 내비게이터 데이터가 취득된 시간 사이에 발생한 상기 대상의 상기 움직임을 식별하고, 상기 식별된 움직임에 따라 모션 보상 명령어를 발생시키고, 상기 모션 정정 명령어를 상기 제어 컴퓨터에 제공하도록 구성되고;
    상기 제어 컴퓨터는, (c) 상기 모션 정정 명령어에 따라 상기 MR 스캐너의 동작을 조정하여, 상기 진단 스캔에서 상기 MR 데이터의 다른 부분을 취득하도록 구성되고;
    상기 제어 컴퓨터 및 상기 모션 보상 프로세서는, 상기 MR 데이터 전부가 상기 진단 스캔에서 상기 대상의 취득 볼륨으로부터 취득될 때까지, (a), (b) 및 (c)를 반복하도록 구성되고;
    상기 모션 정정 프로세서는, 상기 진단 스캔에서 취득된 상기 MR 데이터로부터 상기 대상의 취득 볼륨의 모션 정정된 MR 이미지를 발생시키고, 상기 MR 이미지를 상기 모션 정정 프로세서로부터 데이터 파일로서 전자 형태로 이용가능하게 하도록 구성되는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터는 각자의 상기 서브-볼륨들의 상기 슬라이스들이 직교인 것으로 정의하도록 구성되는 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터는 각각의 직교하는 서브-볼륨에서 상기 내비게이터 데이터를 취득하기 위한 하나의 슬라이스를 정의하도록 구성되는 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터는 3개의 직교 서브-볼륨들에서 상기 내비게이터 데이터가 취득되는 3개의 슬라이스들을 정의하도록 구성되는 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 취득 볼륨은 중심을 갖고, 상기 제어 컴퓨터는 상기 중심을 포함하는 영역에서 서로 교차하도록 직교하는 상기 서브-볼륨들을 정의하도록 구성되는 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 모션 정정 프로세서는 상기 모션 정정 알고리즘으로서 가우스-뉴턴 기반 방법을 사용하도록 구성되는 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터는, 상기 진단 스캔 이전에, 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 상기 대상의 로컬라이저 MR 이미지를 취득하고, 상기 로컬라이저 이미지에 표현되는 상기 대상의 해부구조를 사용하여, 상기 서브-볼륨들을 결정하도록 구성되는 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터는 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 동시적 멀티-슬라이스 블립형 CAIPI 방법을 이용하여 상기 서브-볼륨들의 상기 슬라이스들을 취득하도록 구성되는 장치.
  17. 프로그래밍 명령어들로 인코딩된 비일시적인 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체로서,
    상기 저장 매체는 자기 공명(MR) 장치의 모션 정정 및 제어 컴퓨터로 로딩되고, 상기 MR 장치는 MR 스캐너를 또한 포함하고, 상기 프로그래밍 명령어들은, 상기 모션 정정 및 제어 컴퓨터 시스템으로 하여금
    (a) 대상에서의 취득 볼륨의 MR 기준 스캔을 표현하는 데이터를 모션 정정 프로세서에서 수신하게 하고 ― 상기 대상에서의 취득 볼륨으로부터의 MR 진단 데이터는 상기 대상의 후속적으로 수행되는 진단 스캔에서 취득될 것이고, 상기 대상은 상기 진단 스캔에서 움직임을 나타냄 ―;
    (b) 상기 대상이 상기 MR 스캐너 내부에 위치되어 있는 동안에 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 상기 대상의 취득 볼륨으로부터의 각자의 부분들에서 MR 데이터를 취득함으로써 상기 진단 스캔을 실행하게 하고;
    (c) 상기 진단 스캔 동안, 상기 MR 데이터의 일부를 취득한 이후에, 상기 MR 스캐너를 동작시켜, 각자의 서브-볼륨들에서의 상기 대상의 다수의 슬라이스들로부터만 내비게이터 데이터를 동시에 취득하게 하고 ― 상기 서브-볼륨들은 전체적으로 상기 취득 볼륨보다 더 작은 볼륨을 포함함 ―;
    (d) 상기 진단 스캔에서 상기 MR 데이터의 다른 부분을 취득하기 이전에, 모션 정정 알고리즘을 실행하여 ― 상기 서브-볼륨들에 대응하는 상기 MR 기준 스캔을 표현하는 상기 데이터에서의 데이터만이 상기 서브-볼륨들로부터 취득된 상기 내비게이터 데이터와 비교됨 ―, 상기 MR 데이터의 상기 일부의 취득이 시작된 시간과 상기 서브-볼륨들로부터 상기 내비게이터 데이터가 취득된 시간 사이에 발생한 상기 대상의 상기 움직임을 식별하고, 상기 식별된 움직임에 따라 모션 보상 명령어를 발생시키게 하고;
    (e) 상기 모션 정정 명령어에 따라 상기 MR 스캐너의 동작을 조정하여, 상기 진단 스캔에서 상기 MR 데이터의 다른 부분을 취득하게 하고;
    (f) 상기 MR 데이터 전부가 상기 진단 스캔에서 상기 대상의 취득 볼륨으로부터 취득될 때까지, (c), (d) 및 (e)를 반복하게 하고;
    (g) 상기 진단 스캔에서 취득된 상기 MR 데이터로부터 상기 대상의 취득 볼륨의 모션 정정된 MR 이미지를 발생시키고, 상기 MR 이미지를 상기 컴퓨터로부터 데이터 파일로서 전자 형태로 이용가능하게 하도록 하는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체.
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